CN101037800A - 掺钕硼酸氧钙钇镧激光晶体及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
掺钕硼酸氧钙钇镧激光晶体及其制备方法和用途涉及人工晶体领域。采用提拉法，在1500℃左右，以5－20转/分钟的晶体转速，0.5－2毫米/小时的拉速，生长出了高质量、较大尺寸的Nd3+:YXLa1－xCa4O(BO3)3晶体。该晶体属单斜晶系，Cm空间群。该晶体是一种新型的激光晶体，可产生1060nm波长的激光输出。该晶体还有倍频效应，可以通过自倍频或者自混频的非线形光学手段得到蓝绿色激光输出。用该晶体制成的固体激光器可用于光谱学、生物医学、军事等诸多领域中。
Description
技术领域
本发明涉及光电子功能材料技术领域中的人工晶体和晶体生长领域。
背景技术
激光晶体是固体激光器的工作物质，它是指以晶体为基质，通过分立的发光中心吸收泵浦光能量并将其转化为激光输出的发光材料。固体激光工作物质由基质材料和激活离子组成，其各种物理和化学性质主要由基质材料决定，而其光谱特性和荧光寿命等则由激活离子的能级结构决定。自1960年，研制成功人造红宝石脉冲激光器以来，迄今为止，已发现了数百种激光晶体，但因各种原因，能真正得到实际应用的激光晶体只有十来种。
目前，应用最广泛的激光晶体是掺钕离子的钇铝石榴石(YAG)晶体，其具有较好的各种物理和化学性能，且易于生长出高光学质量、大尺寸的优质晶体。但它存在着吸收谱线窄，不适宜于用LD来进行泵浦的缺点，而LD泵浦将是今后激光泵浦源的发展方向。
目前国内外都在积极寻找各种物理、化学性能和机械性能优异，且易于生长出高光学质量、大尺寸的优质激光晶体材料，而且该晶体要适合于LD泵浦。自倍频激光晶体一直是晶体学中研究的热点，因为它集激光晶体与非线性光学晶体功能于一身，有利于短波长激光的输出。
发明内容
本发明的目的就在于研制一种具有较高转换效率的能够直接使用闪光灯和LD泵浦的新的自倍频激光晶体材料掺钕硼酸氧钙钇镧Nd3+:Y1-XLaxCa4O(BO3)3(x＜0.5)，通过自倍频或者自混频等手段能获得蓝绿色激光输出。
Nd3+:YXLa1-xCa4O(BO3)3晶体属于单斜晶系，具有Cm空间群结构。其中钕离子是作为掺杂离子，取代钇和镧离子的晶格位置，钕的掺杂浓度在0.05at％～10at％之间，荧光寿命(τ)为50～120μs，其荧光寿命是钕离子浓度的函数，可根据不同的需要掺入不同浓度的铬离子
Nd3+:Y1-XLaxCa4O(BO3)3晶体是一种同成分熔化的化合物，可采用提拉法生长，按化学反应式：(1-x)Y2O3+xLa2O3+8CaCO3+6H3BO3＝2Y1-xLaxCa4O(BO3)3+8CO2↑+9H2O↑的比例进行称样、混合、压片，而Nd2O3则按所需浓度加入，所用原料为：
| 药品名 | 纯度 | 厂家 |
| Nd2O3 | 99.999％ | 中科院长春应用化学研究所 |
| Y2O3 | 99.999％ | 中科院长春应用化学研究所 |
| La2O3 | 99.999％ | 中科院长春应用化学研究所 |
| CaCO3 | 99.99％ | 上海五四化学试剂厂 |
| H3BO3 | 99.99％ | 中国医药集团上海化学试剂公司 |
其主要生长条件如下：生长是在铱坩锅中、惰性气体(如N2、Ar等)气氛下进行，晶体生长的参数为生长温度1500℃左右，提升速度为0.5～2.0毫米/小时，晶体转速为5～20转/分钟，生长出了高质量的Nd3+:Y1-XLaxCa4O(BO3)3晶体。
将生长出的Nd3+:Y1-XLaxCa4O(BO3)3晶体，在四圆衍射仪上进行了衍射数据的收集，结构分析表明，其属于单斜晶系，空间群为Cm，其单胞参数随镧离子掺入多少而改变，例如当x＝0.12时，a＝8.082，b＝16.028，c＝3.540，β＝101.19°，V＝4503，密度3.31g/cm3；当x＝0.32时，a＝8.10，b＝16.041，c＝3.56，β＝101.31°，V＝4543，密度3.36g/cm3。
将生长出的Nd3+:Y1-XLaxCa4O(BO3)3晶体，进行了定向，确定了其折射率主轴。然后进行了偏振吸收光谱、荧光光谱及荧光寿命等的分析测试，结果表明：Nd3+:Y1-XLaxCa4O(BO3)3晶体的主吸收峰在812nm，主发射峰在1063nm。其半峰宽、吸收跃迁截面、发射跃迁截面随镧离子掺入多少而稍有改变。例如：当x＝0.32时，在E//Z方向，812nm处吸收峰的半峰宽为20nm，吸收跃迁截面为1.34×10-20cm2，在812nm处较大的半峰宽非常适合于采用AsGaAl半导体激光来进行泵浦，有利于激光晶体对泵浦光的吸收，提高泵浦效率。其在1063nm处的半峰宽(FWHM)为17nm，荧光寿命为92μs，因为荧光寿命长的晶体能在上能级积累更多的粒子，增加了储能，有利于器件输出功率和输出能量的提高。因此，Nd3+:Y1-XLaxCa4O(BO3)3晶体能得到较大的输出，是一种高转换效率、低成本、高光学质量和有实际应用前景及使用价值的激光晶体。
掺钕硼酸氧钙钇镧Nd3+:Y1-XLaxCa4O(BO3)3晶体可用提拉法非常容易地生长出质量优良的晶体，生长速度快，晶体质地坚硬，具有良好的导热性能，有优良的光学特性，很容易用闪光灯泵浦和LD泵浦获得激光输出，激光输出波长为1060nm，该晶体可作为一种较好的激光晶体。
具体实施方式
实施例1：提拉法生长掺杂浓度为3.0at.％Nd3+的Nd3+:Y0.88La0.12Ca4O(BO3)3激光晶体。
将按配比准确称量好的Y2O3、La2O3、CaCO3、H3BO3和Nd2O3混合研磨均匀，压片后，放入φ60×40mm3的铂坩锅中，在马弗炉中于1000℃固相反应12小时，再升温至1200℃反应24小时。将合成好的以上样品放入提拉炉中，采用提拉法，在N2气氛中，生长温度为1490℃左右，晶体转速为5-20转/分钟，拉速为0.5-2毫米/小时的情况下，生长出了尺寸为30×28×20mm3的高质量的Nd3+含量为3.0at.％的Nd3+:Y0.88La0.12Ca4O(BO3)3晶体。
实施例2：提拉法生长掺杂浓度为3.0at.％Nd3+的Nd3+:Y0.68La0.32Ca4O(BO3)3激光晶体。
将按配比准确称量好的Y2O3、La2O3、CaCO3、H3BO3和Nd2O3混合研磨均匀，压片后，放入φ60×40mm3的铂坩锅中，在马弗炉中于1000℃固相反应10小时，再升温至1200℃反应24小时。将合成好的以上样品放入提拉炉中，采用提拉法，在N2气氛中，生长温度为1470℃左右，晶体转速为5-20转/分钟，拉速为0.5-2毫米/小时的情况下，生长出了尺寸为27×25×23mm3的高质量的Nd3+含量为3.0at.％的Nd3+:Y0.68La0.32Ca4O(BO3)3晶体。
Claims (4)
1.一种掺钕硼酸氧钙钇镧激光晶体，其特征在于：该晶体的分子式为Nd3+:Y1-XLaxCa4O(BO3)3(x＜0.5)，Nd3+离子掺杂浓度在0.05at-10at％之间，属于单斜晶系，空间群为Cm，其单胞参数随镧离子掺入多少而改变，当x＝0.12时，a＝8.082，b＝16.028，c＝3.540，β＝101.19°，V＝4503，密度3.31g/cm3；当x＝0.32时，a＝8.10，b＝16.041，c＝3.56，β＝101.31°，V＝4543，密度3.36g/cm3。
2.一种权利要求1的掺钕硼酸氧钙钇镧激光晶体的制备方法，其特征在于：该晶体采用提拉法生长。
3.一种权利要求2所述的激光晶体的制备方法，其特征在于：该提拉法以Y2O3、La2O3、CaCO3、H3BO3和Nd2O3为原料，惰性气体气氛下生长，晶体生长的参数为生长温度1500℃左右，提升速度为0.5～2.0毫米/小时，晶体转速为5～20转/分钟。
4.一种权利要求1的掺钕硼酸氧钙钇镧激光晶体的用途，其特征在于：该晶体用于固体激光器中作为激光工作物质。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN 200610067575 CN101037800A (zh) | 2006-03-17 | 2006-03-17 | 掺钕硼酸氧钙钇镧激光晶体及其制备方法和用途 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110528075A (zh) * | 2019-10-17 | 2019-12-03 | 中国工程物理研究院化工材料研究所 | 一种掺镱硼酸钙镧钇混晶激光晶体及其制备方法和应用 |
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2006
- 2006-03-17 CN CN 200610067575 patent/CN101037800A/zh active Pending
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