專利名稱：摻釹釩酸鑭激光晶體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明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，尤其是涉及一種作為固態(tài)激光器中的工作物質(zhì)的激光晶體材料。
背景技術(shù)：
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，而光譜特性和熒光壽命等則由激活離子的能級結(jié)構(gòu)決定。自1960年第一臺紅寶石激光器問世以來，迄今為止，已研究和發(fā)現(xiàn)了幾百種激光晶體材料。但是由于增益的限制、晶體生長困難、難于摻入激活離子、差的光譜性能、或差的熱和機械性能等原因，大多數(shù)的潛在激光晶體都不能真正投入實際應(yīng)用中。目前，應(yīng)用最廣泛的激光晶體是摻釹的釔鋁石榴石(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，但它存在吸收譜線窄，不適于LD泵浦的缺點，而LD泵浦將是今后激光泵浦源的發(fā)展方向。
目前國內(nèi)外都在積極探索各種物理、化學(xué)性能和機械性能優(yōu)異，且易于生長出高光學(xué)質(zhì)量、大尺寸的優(yōu)質(zhì)激光晶體材料，而且該晶體要適合于LD泵浦。釹離子(Nd3+)由于具有較好的光譜性能，廣泛地被用作激活離子；而釩酸鹽由于具有較好的物理化學(xué)和機械性能，也成為激光基質(zhì)材料的熱門之選。
在釩酸鹽晶體中，YVO4晶體作為一種優(yōu)良的激光晶體從六十年代以來就吸引了人們的注意。它有著優(yōu)異的機械性能、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和高的激光損傷閾值，是一種優(yōu)良的激光基質(zhì)材料。與Nd:YAG相比Nd:YVO4具有更大的發(fā)射截面和吸收截面，它的泵浦帶寬是Nd:YAG的2.4到6.3倍。但是，作為激光材料，它的熱傳導(dǎo)率比較低，這就導(dǎo)致了熱載限制。而Nd:GdVO4和Nd:YVO4晶體相比具有更大的吸收系數(shù)，更好的熱傳導(dǎo)性和更高的斜效率。但是由于摻雜離子Nd3+的半徑比基質(zhì)離子(Y3+，Gd3+)的半徑大，摻雜后易造成晶格畸變而產(chǎn)生濃度猝滅，因此Nd3+離子在這兩種晶體中都不能進行高濃度摻雜。La3+離子是稀土離子中半徑最大的離子，因而在釩酸鹽晶體中當(dāng)其他稀土離子占據(jù)La3+離子的格位時，不易造成晶格畸變，可能實現(xiàn)高濃度摻雜。
目前，國內(nèi)外對LaVO4材料的報道還限于將其運用于催化材料方面，對用提拉法生長的Nd:LaVO4晶體作為激光晶體的研究報道還從未有過。

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，能夠?qū)崿F(xiàn)Nd3+離子的高濃度摻雜、直接使用閃光燈和LD泵浦、具有較高轉(zhuǎn)換效率、能發(fā)射1060nm波長激光的晶體材料。
摻釹釩酸鑭是一種同成分熔化的化合物，我們經(jīng)過實驗找到了采用提拉法(Czochralski)生長Nd:LaVO4晶體的較理想的生長條件，并生長出了高質(zhì)量、較大尺寸的Nd:LaVO4晶體，Nd3+替代了La3+的位置，Nd3+離子的摻雜濃度為0.1-15at％。
具體的化學(xué)反應(yīng)式如下
所用的原料純度及廠家如下

提拉法生長摻釹釩酸鑭激光晶體，其主要生長條件如下生長是在銥金坩鍋中、惰性氣體(N2)氣氛下進行，晶體生長的參數(shù)為生長溫度1728℃左右，提拉速度為0.5-3.0毫米/小時，晶體轉(zhuǎn)速為10-30轉(zhuǎn)/分鐘。
將生長出的Nd:LaVO4晶體，進行粉末衍射分析，結(jié)果表明其屬于單斜晶系，空間群為P2l/n，晶胞參數(shù)為a＝7.047，b＝7.286，c＝6.725，密度為Dc＝5.05g/cm3。
將生長出的Nd:LaVO4晶體，進行吸收光譜、熒光譜及熒光壽命等的分析測試，結(jié)果表明在摻雜3.5at％Nd3+的LaVO4晶體中，Nd3+的濃度為4.15*10-20cm-3，晶體的主吸收峰在808nm，吸收系數(shù)為9.64cm-1，半峰寬20nm，吸收躍遷截面2.32×10-20cm2，在808nm處較大的半峰寬適合于采用半導(dǎo)體激光來進行泵浦，有利于激光晶體對泵浦光的吸收，提高泵浦效率。其在1060nm處有最強的熒光發(fā)射峰，其發(fā)射躍遷截面為6.13×10-20cm2，半峰寬為14nm，熒光壽命為137μs。其半峰寬約為Nd:GdVO4晶體的10倍，在參雜濃度為3.5at％的情況下，熒光壽命比Nd:GdVO4晶體長。因此，在LaVO4晶體中Nd3+有望于實現(xiàn)高濃度摻雜，Nd:LaVO4晶體有利于實現(xiàn)短鎖模激光泵浦技術(shù)。
本發(fā)明的Nd:LaVO4晶體可用提拉法非常容易地生長出質(zhì)量優(yōu)良的晶體，生長工藝穩(wěn)定，晶體質(zhì)地堅硬，具有良好的導(dǎo)熱性能，有優(yōu)良的光學(xué)性能，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1060nm，該晶體可作為一種較好的激光晶體。
具體實施例方式
提拉法生長3.5at％Nd:LaVO4激光晶體將按化學(xué)計量比準(zhǔn)確稱量好的所需原料混合均勻后，壓片，在馬弗爐中于1300℃固相反應(yīng)24小時。將合成好的以上樣品裝入的銥金坩鍋中，放入提拉爐中，采用提拉法，在N2氣氛中，生長溫度為1728℃、晶體轉(zhuǎn)速為20轉(zhuǎn)/分鐘，拉速為1毫米/小時的情況下，生長出了尺寸為Φ2.0×3.0cm的高質(zhì)量的Nd:LaVO4晶體。
權(quán)利要求
1.一種摻釹釩酸鑭激光晶體，其特征在于該晶體的分子式為Nd:LaVO4，屬于單斜晶系，空間群為P21/n，晶胞參數(shù)為a＝7.047，b＝7.286，c＝6.725，Dc＝5.05g/cm3。
2.如權(quán)利要求1所述的摻釹釩酸鑭晶體，其特征在于在該晶體中，Nd3+離子作為摻雜離子，摻雜濃度為0.1-15at％。
3.一種權(quán)利要求1的摻釹釩酸鑭激光晶體的制備方法，其特征在于該晶體采用提拉法生長，生長條件為惰性氣體N2氣氛下進行，溫度1728℃左右，轉(zhuǎn)速10-30轉(zhuǎn)/分鐘，拉速0.5-3.0毫米/小時。
4.一種權(quán)利要求1的摻釹釩酸鑭激光晶體的用途，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LD作為泵浦源，激發(fā)產(chǎn)生1060nm波長的激光輸出。
全文摘要
摻釹釩酸鑭激光晶體及其制備方法，涉及人工晶體領(lǐng)域，特別是涉及一種摻釹釩酸鑭激光晶體(Nd:LaVO
文檔編號C30B29/30GK1566416SQ03145668
公開日2005年1月19日 申請日期2003年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月4日
發(fā)明者張莉珍, 王國富, 林州斌, 胡祖樹 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所