專利名稱：一種偏硼酸鹽激光晶體及其制備方法和用途的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激光晶體領域，尤其是涉及可應用于固體激光的一類偏硼酸鹽晶體及其生長制備。
背景技術：
固體激光器具有器件緊湊、激光光束質量高、運行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。目前的固體激光器大多采用激光晶體作為其工作物質。激光晶體一般由基質晶體和激活離子(過渡族或稀土離子)兩部分構成。基質晶體一方面是一個分散固定激活離子的“支架”，它使激活離子的相互作用不致太強，保證了激光發(fā)射所要求的線狀光譜特性；另一方面它在激活離子光譜線的位移、分裂、加寬、能量轉移以及激光發(fā)射不可少的輻射和無輻射過程中起著重要作用。目前，研究較多的硼酸鹽激光基質晶體主要有YAl3(BO3)4、GdAl3(BO3)4、YCa4O(BO3)3、GdCa4O(BO3)3等。這些晶體的物化性能穩(wěn)定，制備成本低廉，因而受到廣泛的關注。

發(fā)明內容
本發(fā)明的激光晶體的分子式為RxM1-x(BO2)3，其中M為稀土或三價過渡金屬元素，即為Ti、Cr、Y、Sc、以及鑭系元素中某一元素或若干元素的組合，R3+為根據(jù)泵浦源、激光腔和應用需要等因素確定的部分替代晶體基質中M3+離子位置的某種稀土或過渡金屬離子(R＝Ti、Cr、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb等)，一般稱之為激活離子，x的值可以根據(jù)摻雜離子種類和激光運轉需要在0到1之間變化。該類激光晶體的分子式也可寫成R3+:M(BO2)3，該類晶體屬于單斜晶系，空間群為I2/a。該晶體在空氣中不潮解。該類晶體除了鑭系或過渡金屬元素帶來的特征譜線外，在300nm至3000nm波段透明。
該類激光晶體還可進一步摻雜其他的過渡族或稀土離子作為敏化劑，以提高激光運轉效率。
本發(fā)明采用如下生長制備工藝稱取符合RxM1-x(BO2)3摩爾比的稀土或三價過渡金屬氧化物M2O3、過渡族或稀土氧化物R2O3和過量2.0mol％左右的B2O3一起置于瑪瑙研缽中研磨混合均勻。用油壓機以2.5噸/cm2的壓強壓成薄片，裝入在晶體生長溫度區(qū)間不出現(xiàn)變形、軟化和與晶體組分起化學反應的金屬、合金或氧化物等耐高溫材料制造的坩鍋，分別在450℃和950℃各燒結數(shù)小時。燒結好的原料熔化后，將裝料的坩鍋置于晶體提拉生長爐中，調整控制熔化溫度及恒溫時間。生長的條件為熔化溫度1140℃左右，在高出熔化溫度20℃左右恒溫2小時，緩慢降溫至熔點以上5℃左右，引入籽晶。經引種、放肩、等徑生長，拉速1.5～2mm/h，轉速20～40rpm，縱向的固液界面溫度差為10～50℃，最后退火完成生長過程，獲得滿足激光工作需要的高光學質量單晶體。
本發(fā)明的RxM1-x(BO2)3類晶體具有良好的光學、機械和熱導性能，較高的化學穩(wěn)定性，而且便于生長。該類晶體可作為固體激光器的工作介質，被閃光燈、半導體激光或其他光源泵浦而輸出固體激光。
具體實施例方式
實例1稱取2.48g的Nd2O3、117.6g的La2O3和78.5g的B2O3，將這三種原料一起置于瑪瑙研缽中研磨混合均勻，用油壓機以2.5噸/cm2的壓強壓成薄片，分別在450℃和950℃各燒結數(shù)小時。燒結好的原料裝入φ40×40mm3的鉑坩堝熔化后，將裝料的坩鍋置于晶體提拉生長爐中。生長的條件為熔化溫度1140℃左右，在高出熔化溫度20℃左右恒溫2小時，緩慢降溫至熔點以上5℃左右，引入籽晶。經引種、放肩、等徑生長，拉速1.5～2mm/h，轉速20～40rpm，縱向的固液界面溫度差為10～50℃，最后退火完成生長過程。生長得到尺寸大于φ15×20mm3的Nd0.02La0.98(BO2)3優(yōu)質透明單晶。該晶體在空氣中不潮解，其單胞參數(shù)為a＝7.956，b＝8.161，c＝6.499，α＝γ＝90°，β＝93.63°。該晶體在1061nm處的發(fā)射截面為1.5×10-19cm2，熒光壽命在60～70微秒之間，利用波長為632.8nm的氦氖激光測量，其折射率為na＝1.66，nb＝1.77。
實例2稱取2.82g的Er2O3、117.6g的La2O3和78.5g的B2O3，將這三種原料一起置于瑪瑙研缽中研磨混合均勻，用油壓機以2.5噸/cm2的壓強壓成薄片，分別在450℃和950℃各燒結數(shù)小時。燒結好的原料裝入φ40×40mm3的鉑坩堝熔化后，將裝料的坩鍋置于晶體提拉生長爐中。生長的條件為熔化溫度1140℃左右，在高出熔化溫度20℃左右恒溫2小時，緩慢降溫至熔點以上5℃左右，引入籽晶。經引種、放肩、等徑生長，拉速1.5～2mm/h，轉速20～40rpm，縱向的固液界面溫度差為10～50℃，最后退火完成生長過程。生長得到尺寸大于φ15×20mm3的Er0.02La0.98(BO2)3優(yōu)質透明單晶。
實例3稱取7.26g的Yb2O3、114.0g的La2O3和78.5g的B2O3，將這三種原料一起置于瑪瑙研缽中研磨混合均勻，用油壓機以2.5噸/cm2的壓強壓成薄片，分別在450℃和950℃各燒結數(shù)小時。燒結好的原料裝入φ40×40mm3的鉑坩堝熔化后，將裝料的坩鍋置于晶體提拉生長爐中。生長的條件為熔化溫度1140℃左右，在高出熔化溫度20℃左右恒溫2小時，緩慢降溫至熔點以上5℃左右，引入籽晶。經引種、放肩、等徑生長，拉速1.5～2mm/h，轉速20～40rpm，縱向的固液界面溫度差為10～50℃，最后退火完成生長過程。生長得到尺寸大于φ15×20mm3的Yb0.05La0.95(BO2)3優(yōu)質透明單晶。
權利要求
1.一種偏硼酸鹽激光晶體，其特征在于該類晶體的分子式為RxM1-x(BO2)3，x的值在0到1之間變化；其中M為Ti、Cr、Y、Sc、以及鑭系元素中某一元素或若干元素的組合；R3+為Ti、Cr、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm或Yb。
2.如權利要求1所述的激光晶體，其特征在于該晶體的分子式為NdxLa1-x(BO2)3，x的值在0到1之間變化，該類晶體屬于單斜晶系，空間群為I2/a。
3.如權利要求2所述的激光晶體，其特征在于該晶體的分子式為Nd0.02La0.98(BO2)3，單胞參數(shù)為a＝7.956，b＝8.161，c＝6.499，α＝γ＝90°，β＝93.63°；該晶體在1061nm處的發(fā)射截面為1.5×10-19cm2，熒光壽命在60～70微秒之間，折射率為na＝1.66，nb＝1.77。
4.如權利要求2所述的激光晶體，其特征在于該晶體的分子式為Er0.02La0.98(BO2)3。
5.如權利要求2所述的激光晶體，其特征在于該晶體的分子式為Yb0.05La0.95(BO2)3。
6.一種權利要求2所述的激光晶體的制備方法，其特征為稱取符合RxM1-x(BO2)3摩爾比的稀土或三價過渡金屬氧化物M2O3、過渡族或稀土氧化物R2O3和過量2.0mol％左右的B2O3研磨混合均勻，熔化溫度1140℃，在高出熔化溫度20℃恒溫2小時，緩慢降溫至熔點以上5℃，引入籽晶，經引種、放肩、等徑生長，拉速1.5～2mm/h，轉速20～40rpm，縱向的固液界面溫度差為10～50℃。
7.如權利要求1所述的激光晶體，其特征在于該激光晶體摻雜其他的過渡族或稀土離子作為敏化劑。
8.一種權利要求1所述的激光晶體的生長制備方法，其特征在于所述的晶體由提拉法生長。
9.如權利要求1所述的激光晶體，其特征在于所述的激光晶體作為固體激光器工作物質。
10.如權利要求5所述的激光晶體，其特征在于采用半導體激光作為該固體激光器的泵浦源。
全文摘要
一種偏硼酸鹽激光晶體及其制備方法和用途，涉及激光晶體材料領域。該類晶體的分子式為R
文檔編號C30B29/22GK1664177SQ20041000718
公開日2005年9月7日 申請日期2004年3月2日 優(yōu)先權日2004年3月2日
發(fā)明者黃藝東, 林秀欽, 陳雨金, 羅遵度, 譚奇光 申請人:中國科學院福建物質結構研究所