專利名稱：摻鐿鉬酸鑭鉀激光晶體及其制備方法和用途的制作方法
摻鐿鉬酸鑭鉀激光晶體及其制備方法和用途技術(shù)領(lǐng)域它涉及光電子功能材料技術(shù)領(lǐng)域中的人工晶體和晶體生長領(lǐng)域，尤其是涉 及--種作為固態(tài)激光器中的工作物質(zhì)的激光晶體材料。
背景技術(shù)：
激光晶體是固體激光器的工作物質(zhì)，它是指以晶體為基質(zhì)，通過分立的發(fā) 光中心吸收泵浦光能量并將其轉(zhuǎn)化為激光輸出的發(fā)光材料。固體激光工作物質(zhì) 由基質(zhì)材料和激活離子組成，其各種物理和化學(xué)性質(zhì)主要由基質(zhì)材料決定，而其光譜特性和熒光壽命等則由激活離子的能級(jí)結(jié)構(gòu)決定。自1960年，研制成功 人造紅寶石脈沖激光器以來，迄今為止，己發(fā)現(xiàn)了數(shù)百種激光晶體，但因各種 原因，能真正得到實(shí)際應(yīng)用的激光晶體只有十來種。目前，應(yīng)用最廣泛的激光晶體是摻釹離子的釔鋁石榴石(YAG)晶體，其 具有較好的各種物理和化學(xué)性能，且易于生長出高光學(xué)質(zhì)量、大尺寸的優(yōu)質(zhì)晶 體。但它存在著吸收譜線窄，不適宜于用LD來進(jìn)行泵浦的缺點(diǎn)，而LD泵浦將 是今后激光泵浦源的發(fā)展方向。目前國內(nèi)外都在積極尋找各種物理、化學(xué)性能和機(jī)械性能優(yōu)異，且易于生 長出高光學(xué)質(zhì)量、大尺寸并適合于LD泵浦的優(yōu)質(zhì)激光晶體材料。鐿離子是能級(jí) 結(jié)構(gòu)最簡單的離子，其吸收帶寬且與InGaAs LD泵浦源有效耦合，非常適合LD 泵浦。相比于釹離子，鐿離子有很多優(yōu)點(diǎn)，如不存在激發(fā)態(tài)吸收和上轉(zhuǎn)換，具 有高的熒光壽命和光轉(zhuǎn)換效率等等。因此，近年來鐿離子成為激光晶體激活離 子的熱門之選。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就在于研制一種新的激光晶體Yb3+: KLa(Mo04)2，能夠直接使
用閃光燈和LD泵浦的，具有較高轉(zhuǎn)換效率的激光晶體材料。Yb3+: KLa(Mo04)2晶體屬于四方晶系，空間群為I4(l)/a(C4h6)。其中鐿離子 是作為摻雜離子，取代鑭離子的晶格位置，鐿的摻雜濃度在0.05&1.%~5&1.%之間， 熒光壽命(t )為0.4 1.0ms，其熒光壽命是鐿離子濃度的函數(shù)，可根據(jù)不同的 需要摻入不同濃度的鐿離子。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其可輸出lum左右波長的激光，可 作為激光晶體。Yb^KLa(Mo04)2晶體是一種同成分熔化的化合物，是采用提拉 法生長出的，按化學(xué)反應(yīng)式K2C03+La2Cb+4MoOf-2KLa(Mo04)2+C02的比例 進(jìn)行稱樣、混合、壓片，而Yb203則按所需濃度加入。所用原料為藥品名純度r家Yb20399.999%中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所La20399.999%中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所K2C0399.99%上海五四化學(xué)試劑廠Mo0399.99%中國醫(yī)藥集團(tuán)上海化學(xué)試劑公司其主要生長條件如下生長是在白金坩鍋中、惰性、中性或富氧氣體氣氛下進(jìn)行，生長出了高質(zhì)量的Yb^KLa(Mo04)2晶體，其生長的參數(shù)為生長溫度1070 t左右，提升速度為0.5~2.0毫米/小時(shí)，晶體轉(zhuǎn)速5 20轉(zhuǎn)/分鐘。將生長出的Y^+:KLa(Mo04)2晶體，其在四圓衍射儀上進(jìn)行了衍射數(shù)據(jù)的收 集，結(jié)構(gòu)分析表明，其屬于四方晶系，空間群為I4(l)/a(C4h6)，晶胞參數(shù)為 a=5,445A ， b=5,445A， c=12.208A， V=362.07A3，密度5.45g/cm3。將生長出的Yb、KLa(Mo04)2晶體，進(jìn)行吸收光譜、熒光光譜及熒光壽命等 的分析測試，結(jié)果表明鐿離子摻雜濃度為0.4at /。的Yb化KLa(MoO4)2晶體的 主吸收峰在978nm，其半峰寬為10nm，吸收躍遷截面為2.21 X 10—19cm2，適合
于采用InGaAs半導(dǎo)體激光來進(jìn)行泵浦，有利于激光晶體對(duì)泵浦光的吸收，提高 泵浦效率；在900nm-1150nm處有一個(gè)非常寬的發(fā)射帶，其中發(fā)射峰1010nm的 發(fā)射躍遷截面為4.82X(T"cm2，熒光壽命為0.44ms，熒光壽命長的晶體能在上 能級(jí)積累更多的粒子，增加了儲(chǔ)能，有利于器件輸出功率和輸出能量的提高。 因此，Yb^KLa(Mo04)2晶體能得到較大的輸出，是一種高轉(zhuǎn)換效率、低成本、 高光學(xué)質(zhì)量和有實(shí)際應(yīng)用前景及使用價(jià)值的激光晶體。Yb3+:KLa(M004)2晶體可用提拉法非常容易地生長出質(zhì)量優(yōu)良的晶體，生長 速度快，晶體質(zhì)地堅(jiān)硬，具有良好的導(dǎo)熱性能，有優(yōu)良的光學(xué)特性，很容易用 閃光燈泵浦和LD泵浦獲得激光輸出，激光輸出波長為lwm左右，該晶體可作 為一種較好的激光晶體。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:提拉法生長摻雜濃度為0.5at.%Yb3， KLa(Mo04)2激光晶體。 將按配比準(zhǔn)確稱量好的K2C03、 La203、 Mo03、 ￥1)203混合研磨均勻，壓片 后，放入4)60X40mitf!的白金坩鍋中，在馬弗爐中于70(TC固相反應(yīng)24小時(shí)；取 出后，重新研磨壓片再升溫至80(TC反應(yīng)48小時(shí)。將合成好的以上樣品放入白 金坩鍋中，采用提拉法，在氮?dú)鈿夥罩校L溫度為107(TC、晶體轉(zhuǎn)速為15轉(zhuǎn) /分鐘，拉速為1毫米/小時(shí)的情況下，生長出了尺寸為())20x35m^的高質(zhì)量的Yb3i 含量為0.5at,。/。的Yb3+:KLa(Mo04)2晶體。實(shí)施例2:提拉法生長摻雜濃度為1.0at。/。Y^+的KLa(MoO4)2激光晶體。 將按配比準(zhǔn)確稱量好的K2C03、 La203、 Mo03、 丫1)203混合研磨均勻，壓片 后，放入4)60X40咖3的白金坩鍋中，在馬弗爐中于70(TC固相反應(yīng)24小時(shí)；取 出后，重新研磨壓片再升溫至80(TC反應(yīng)48小時(shí)。將合成好的以上樣品放入白 金坩鍋中，采用提拉法，在氮?dú)鈿夥罩校L溫度為1072。C、晶體轉(zhuǎn)速為20轉(zhuǎn)
/分鐘，拉速為0.8毫米/小時(shí)的情況下，生長出了尺寸為(t)25x45ram3的高質(zhì)量的 Yb3+含量為1.0at。/。的Yb3+:KLa(Mo04)2晶體。實(shí)施例3:提拉法生長摻雜濃度為4.0at%Yb3+W KLa(Mo04)2激光晶體。 將按配比準(zhǔn)確稱量好的K2(X)3、 La203、 Mo03、 丫13203混合研磨均勻，壓片 后，放入小60X40ranf的白金坩鍋中，在馬弗爐中于70(TC固相反應(yīng)24小時(shí)；取 出后，重新研磨壓片再升溫至80(TC反應(yīng)48小時(shí)。將合成好的以上樣品放入白 金坩鍋中，采用提拉法，在空氣氣氛中，生長溫度為1072°C、晶體轉(zhuǎn)速為20轉(zhuǎn) /分鐘，拉速為1毫米/小時(shí)的情況下，生長出了尺寸為())25x40mm3的高質(zhì)量的Yb3+ 含量為4.0at,o/o的Yb3+:KLa(Mo04)2晶體。
權(quán)利要求
1. 一種摻鐿鉬酸鑭鉀激光晶體，其特征在于該晶體的分子式為Yb3+:KLa(MoO4)2，屬于四方晶系，空間群為14(1)/a(C4h6)，晶胞參數(shù)為a＝5.445id="icf0001" file="A2006101353810002C1.gif" wi="4" he="3" top= "49" left = "48" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>b＝5.445id="icf0002" file="A2006101353810002C2.gif" wi="4" he="4" top= "49" left = "76" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>c＝12.208id="icf0003" file="A2006101353810002C3.gif" wi="5" he="4" top= "49" left = "102" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>V＝362.07id="icf0004" file="A2006101353810002C4.gif" wi="3" he="4" top= "49" left = "131" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>3，Dc＝5.45g/cm3，折射率2.0。
2. 如權(quán)利要求1的摻鐿鉬酸鑭鉀激光晶體，其特征在于在該晶體中，Yb3+ 離子作為摻雜離子，取代晶體中1^3+離子的晶格位置，其摻雜濃度在0.05 at-5at。/o之間。
3. —種權(quán)利要求1的激光晶體摻鐿鉬酸鑭鉀的制備方法，該晶體采用提拉法 生長，其特征在于以K2C03、 1^203和Mo03為原料，按化學(xué)反應(yīng)式 K2C03 + La203 + 2Mo03= KLa(Mo04)2 + (302個(gè)的比例稱樣、混合、壓片， 而Yb203則按所需濃度加入，在惰性、中性或富氧氣氛下提拉生長出晶體， 晶體生長的參數(shù)為生長溫度107(TC左右，提升速度為0.5 2.0毫米/小時(shí)， 晶體轉(zhuǎn)速為5 20轉(zhuǎn)/分鐘。
4. 一種權(quán)利要求1的摻鐿鉬酸鑭鉀激光晶體的用途，其特征在于該晶體用 于固體激光器中作為激光工作物質(zhì)，使用閃光燈或激光二極管作為泵浦 源，激發(fā)產(chǎn)生ltim左右波長的激光輸出。
全文摘要
摻鐿鉬酸鑭鉀激光晶體及其制備方法和用途，涉及人工晶體領(lǐng)域。采用提拉法(Czochralski方法)，在1070℃左右，以5-20轉(zhuǎn)/分鐘的晶體轉(zhuǎn)速，0.5-2毫米/小時(shí)的拉速，生長出了高質(zhì)量、較大尺寸的Yb³⁺:KLa(MoO₄)₂晶體。該晶體是一種新型的激光晶體，可產(chǎn)生1μm左右波長的激光輸出。用該晶體制成的固體激光器可用于光譜學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、軍事等諸多領(lǐng)域中。
文檔編號(hào)H01S3/16GK101212121SQ20061013538
公開日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2006年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月27日
發(fā)明者張麗珍, 林州斌, 王國富, 王國建, 龍西法 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所