專利名稱：一種鐿激活鎢酸釔鈉新型雙波長激光晶體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光晶體材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太赫茲波是一個(gè)非常具有科學(xué)研究價(jià)值但尚未充分研發(fā)的電磁輻射區(qū)域。目前， THz波主要是采用光學(xué)技術(shù)和電子學(xué)技術(shù)兩種方法來產(chǎn)生。電子技術(shù)產(chǎn)生THz波的方法有反向波振蕩器，耿氏與布洛赫振蕩器、自由電子和 量子級聯(lián)激光器等，但都存在一些有待解決的技術(shù)瓶頸，或是功效低、壽命短，或是體積巨 大、能耗高、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用較為昂貴，大都尚未實(shí)用化、商業(yè)化，即使能夠商業(yè)化，也都難 以廣泛普及。光學(xué)技術(shù)主要有THz波氣體激光器，與超短激光脈沖有關(guān)、能產(chǎn)生寬帶亞皮秒 THz輻射的光整流、光電導(dǎo)和等離子體四波混頻、非線性光學(xué)差頻、與晶格振動(dòng)有關(guān)的參量 振蕩等方法。與其它技術(shù)相比，非線性差頻過程可以產(chǎn)生功率較高的相干寬帶可調(diào)諧的單 頻THz波，最大優(yōu)點(diǎn)是沒有閾值，設(shè)備簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，不需要價(jià)格昂貴的泵浦裝置，可產(chǎn)生 較高功率的THz波輻射，甚至可以得到比太赫茲波參量振蕩器更寬的THz波調(diào)諧范圍。差頻方法產(chǎn)生THz波的技術(shù)關(guān)鍵是要獲得功率較高、波長比較接近的泵浦光和信 號光(波長相差不大于lOnm)，以及具有較大的二階非線性系數(shù)，并在THz波范圍內(nèi)吸收系 數(shù)小的非線性差頻晶體。Yb激活的激光晶體在 1 μ m處產(chǎn)生的激光是寬帶可調(diào)諧的，有望產(chǎn)生雙波長激 光輸出，可作為差頻方法中的泵浦光和信號光。與Nd3+激活的激光晶體相比，它還具有以下 許多優(yōu)點(diǎn)(1)能級結(jié)構(gòu)最簡單，僅有基態(tài)2F7/2和激發(fā)態(tài)2F5/2，不存在激發(fā)態(tài)吸收和上轉(zhuǎn)換， 光轉(zhuǎn)換效率高；(2)吸收帶在0. 9 1. Ium范圍，線寬較寬，能與LD泵浦源有效耦合；(3)泵 浦與激光波長非常接近，量子缺陷低，具有大的本征激光效率，理論上量子效率高達(dá)90% ； (4)泵浦與激光上能級非?？拷?，無輻射馳豫引起的熱負(fù)荷低，僅為摻Nd3+材料的三分之 一；(5)熒光壽命長，為摻Nd3+材料的三倍多，有利于儲能；(6)可摻雜較高濃度。目前國內(nèi)外研究報(bào)道的雙波長激光晶體大多采用的是Nd激活離子，其波長差別 一般大于10nm，而且是不可調(diào)諧的，而我們在GdAl3 (BO3)4<%GAB>晶體上已實(shí)現(xiàn)了瓦 級的雙波長激光輸出，其波長差別只有5nm，且％是寬帶發(fā)射的，波長可調(diào)，具有很好的新 穎性，目前并未見到相關(guān)研究及專利報(bào)道。NaY(WO4)2<NYff>晶體屬于四方晶系，具有良好的物化性能，不溶于強(qiáng)酸強(qiáng)堿，硬 度大，晶體同成分熔化，可以采用提拉發(fā)生長大尺寸優(yōu)質(zhì)晶體，而且稀土激活的晶體在相 應(yīng)波段具有較大的吸收與發(fā)射截面，因此是一種優(yōu)秀的激光基質(zhì)。從附圖中所測試的 %3+:NaY(WO4)2晶體的吸收與發(fā)射熒光光譜圖中，可見晶體在970nm處有較大的發(fā)射截面 (10_2°cm2)，有利于采用商業(yè)化的LD泵浦源抽運(yùn)實(shí)現(xiàn)高效的激光運(yùn)轉(zhuǎn)。在970 1050nm波 段具有寬的發(fā)射，半高寬達(dá)到40nm，其發(fā)射截面為10_2°cm2，有利于實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧的雙波長激 光輸出，因此％3+:NaY(WO4)2將是一種能夠應(yīng)用于太赫茲激光泵浦源的優(yōu)秀雙波長激光晶 體。
太赫茲波與物質(zhì)相互作用中包含有豐富的物理和化學(xué)信息，與傳統(tǒng)光源相比，具 有相干性、低能性、高穿透性、無損傷等獨(dú)特、優(yōu)異的特性，在物理、化學(xué)、天文學(xué)、生命科學(xué) 和醫(yī)藥科學(xué)以及安全檢查、醫(yī)學(xué)成像、環(huán)境監(jiān)測、食品檢驗(yàn)、射電天文、衛(wèi)星通信和武器制導(dǎo) 等基礎(chǔ)與應(yīng)用研究領(lǐng)域均具有巨大的科學(xué)研究價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。一旦研制成功，把 所研究的晶體及其器件推向高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)市場，將產(chǎn)生非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益；還可以用來 遠(yuǎn)距離探測化學(xué)物質(zhì)，在反化學(xué)戰(zhàn)和環(huán)境保護(hù)中起到關(guān)鍵性的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于公開一種能夠?qū)崿F(xiàn) 1. 0 μ m波段雙波長激光輸出的激光晶體 材料 ％3+:NaY (WO4)20實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案1. 一種鐿激活鋁酸釓鈣新型雙波長激光晶體，該晶體材料的化學(xué)式為 Yb3+:NaY (TO4)2，屬于四方晶系 14/a，晶胞參數(shù)是a = b = 5. 205 A,c = 11.25 Α，α = β =Y = 90° , V = 304. 81 Α3，Z = 2，Dx = 6· 62，Dm = 6. 51g/cm3。2. 一種項(xiàng)1的激光晶體材料的制備方法，其特征在于采用4N的&03、Yb2O3與分 析純的W03、Na2CO3作為原料，通過高溫固相反應(yīng)獲得％3+:NaY(WO4)2原料，在常壓氣氛下采 用提拉法生長尺寸大于90mm的優(yōu)質(zhì)晶體。3. 一種項(xiàng)1的激光晶體材料的用途，該材料用于實(shí)現(xiàn) 1. 0 μ m波段雙波長激光輸 出，應(yīng)用于太赫茲泵浦源。


圖 1 :Yb NaY (W04) 2 晶體；圖2 晶體的室溫吸收光譜圖；圖3 晶體的室溫?zé)晒獍l(fā)射光譜圖；圖4 晶體的激光實(shí)驗(yàn)裝置具體實(shí)施例方式實(shí)施例一 Ab3+ = NaY(WO4)2晶體的生長制備晶體提拉法生長所用的儀器是D幾-400的中頻提拉爐，中頻電源型號為 KGPF25-0. 3-2. 5。采用Pt/Pt-他的熱電偶和型號為815EPC的歐路表控溫。所采用的坩堝 是Φ55πιπιΧ70πιπι的銥坩堝，所用的原料是4Ν的^03、Yb2O3與分析純的W03、Na2CO3作為原 料。根據(jù)下列化學(xué)反應(yīng)式配制原料(1-x) Y203+xYb203+Na2C03+4ff03 — 2NaY(1_x) Ybx (WO4) 2+C02x = Iat % 20at %。把原 料混合均勻，壓成片狀，放進(jìn)鉬坩堝，置入普通燒結(jié)爐中，以150°C /h緩慢升溫到850°C，保 持48h，重復(fù)此過程，然后放入高溫?zé)Y(jié)爐中在1100°C下恒溫?zé)Y(jié)72h，取出多晶料，直至X 射線粉末衍射與標(biāo)準(zhǔn)卡片完全相符為止。 把原料裝入Φ 55mmX 70mm的鉬金坩堝內(nèi)，升溫到比熔點(diǎn)高50°C的溫度，恒溫1 2小時(shí)，使得原料熔化完全。以鉬絲自然成核所生長的晶體作為籽晶生長大尺寸的優(yōu)質(zhì)晶 體。生長過程中，籽晶桿的提拉速率為1. 3 1. 5mm/h,降溫速率為2 10°C /h，籽晶桿的轉(zhuǎn)動(dòng)速率為12 20r. p. m.，生長結(jié)束后將晶體提離液面，以10 30°C /h的速率降至室溫， 得到尺寸為ct20mmX100mm的透明晶體，然后在氧氣氛下高溫退火以消除氧缺陷。實(shí)施例二 3+:NaY(WO4)2晶體的激光實(shí)驗(yàn)加工出尺寸為3mmX 3mmX 5mm的優(yōu)質(zhì)NaY (WO4) 2晶體器件，采用970nm的LD半 導(dǎo)體激光作為泵浦源，進(jìn)行激光實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置如附圖所示。LD泵浦源通過可調(diào)光束分束 器分解為兩路正交偏振的泵浦源對晶體進(jìn)行抽運(yùn)，輸出鏡相對于晶體的橫軸線是可調(diào)的， 以便能夠同步產(chǎn)生雙波長激光。后二色平面腔鏡在1020-1080nm高反，在泵浦波長970nm高 透；輸出凹面鏡的半徑為5cm，在1020-1080nm處的透過率可調(diào)(可以為2. 5%，4%和6% )， 在泵浦波長970nm處高反。
權(quán)利要求
1.一種鐿激活鎢酸釔鈉新型雙波長激光晶體，其特征在于該晶體材料的化學(xué)式為 Yb:NaY(WO4)2 屬于四方晶系 M1Ai，晶胞參數(shù)是fl = ^=5.205入，c = 11.25A, α = β = y =90° ,F =304.81 A3, ζ = 2，Dx = 6. 62Dm = 6. 51g/cm3。
2.—種權(quán)利要求1的激光晶體材料的制備方法，其特征在于采用4N的103、Yb2O3與 分析純的W03、Na2CO3作為原料，通過高溫固相反應(yīng)獲得％3+:NaY(WO4)2原料，在常壓氣氛下 采用提拉法生長尺寸大于90mm的晶體。
3.—種權(quán)利要求1的激光晶體材料的用途，其特征在于實(shí)現(xiàn) 1. 0 μ m波段雙波長激 光輸出，應(yīng)用于太赫茲泵浦源。
全文摘要
一種鐿激活鎢酸釔鈉新型雙波長激光晶體，涉及激光晶體材料領(lǐng)域。該晶體材料的化學(xué)式為Yb3+:NaY(WO4)2屬于四方晶系I41/a，晶胞參數(shù)是α＝β＝γ＝90°，Z＝2，Dx＝6.62Dm＝6.51g/cm3。采用4N的Y2O3、Yb2O3與分析純的WO3、Na2CO3作為原料，通過高溫固相反應(yīng)獲得Yb3+:NaY(WO4)2原料，在常壓氣氛下采用提拉法生長出大于90mm的晶體。該材料用于實(shí)現(xiàn)～1.0μm波段雙波長激光輸出，應(yīng)用于太赫茲泵浦源。
文檔編號C30B29/32GK102094242SQ20091011294
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者朱昭捷, 李堅(jiān)富, 涂朝陽, 游振宇, 王燕 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所