CN101045998A - 掺杂钙钽镓石榴石晶体的制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

掺杂钙钽镓石榴石晶体的制备方法和用途，光电子材料技术领域。掺杂钙钽镓石榴石晶体具有如下用途：1)可用作普通的固体激光工作物质；2)用于可调谐激光器或超快激光器；3)用于自调Q固体激光器，Co²⁺、Nd³⁺共掺自调Q1.3μm固体激光器，Co²⁺、Er³⁺共掺1.5μm自调Q固体激光器和Co²⁺、Yb³⁺、Er³⁺三种离子共掺1.5μm自调Q固体激光器。掺杂的钙钽镓石榴石晶体可用作固体激光材料，该系列晶体采用提拉法生长，具有较理想的物理化学性能。本发明系列晶体具有良好的光学、机械和热导性能，便于生长，具有良好的化学稳定性。

Description

掺杂钙钽镓石榴石晶体的制备方法和用途

一、技术领域

本发明涉及一种掺杂的钙钽镓石榴石晶体的制备方法和用途，属于光电子材料技术领域。

二、背景技术

1917年爱因斯坦在《关于辐射的量子理论》一文，首次提出了受激辐射的概念，成为激光的理论基础。按照这个理论，处于高能态的物质粒子受到一个能量等于两个能级之间能量差的光子的作用，将转变到低能态，并产生第二个光子，同第一个光子同时发射出来，这就是受激辐射。这种辐射输出的光，在一定条件下，造成连锁反应，雪崩似地获得放大效果，最后就可得到单色性极强的辐射获得了放大，而且是相干光，即两个光子的方向、频率、位相、偏振都完全相同。

1958年，肖洛与汤斯将微波激射器与光学、光谱学的知识结合起来，提出了采用开式谐振腔的关键建议，并预言了激光的相干性、方向性、线宽和噪音等性质。同一时期，巴索夫、普罗霍洛夫等人也提出了实现受激辐射光放大的原理性方案。1960年，梅曼用红宝石制成第一台可见光的激光器；同年制成氦氖激光器；1962年产生了半导体激光器；1963年产生了可调谐染料激光器。由于激光具有极好的单色性、高亮度和良好的方向性，所以自1958年发现以来，得到了迅速的发展和广泛应用，引起了科学技术的重大变化，并成为现代物理学和现代科学技术前沿的重要组成部分。

在当前信息时代，无论是信息的获取、存储、传输和接收，都需要适合于使用要求的激光光源，由于激光晶体作为工作物质的固体激光器具有器件紧凑、激光光束质量高、运行稳定可靠等优点，采用激光晶体作为工作物质的固体激光器，受到了人们的青睐，得到了快速发展。

随着高功率激光二极管的成本降低及普及，闪光灯泵浦激光器已逐渐被二极管泵浦固体激光器所代替，但激光二极管本身存在着发散度大、波长漂移、光束质量差等缺点，因此，具有较宽吸收带宽的激光晶体，尤其是具有无序结构的激光晶体成为了近期人们研究的热点之一。

三、发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种具有良好的光学、机械和热导性能，便于生长，具有良好的化学稳定性的掺杂钙钽镓石榴石晶体。

掺杂钙钽镓石榴石晶体属于立方晶系，具有无序晶体结构。

该晶体采用提拉法进行晶体生长，具体制备步骤如下：

1)碳酸钙、五氧化二钽、氧化镓干燥去水，按(3±0.1-x)∶(1.7±0.2)∶(3.2±0.2)摩尔比称取，其中x随掺杂离子浓度而变化，然后一起置于玛瑙研钵中研磨，再置于混料机中混合均匀；

2)用液压机将上述步骤1)所述的混合均匀的混合料压成薄片，装入铂金坩埚中，置于1200℃的马弗炉中烧结10-20小时，进行充分的固化反应；

3)将烧结好的原料放入晶体生长提拉炉内的铂金或铱金坩埚中，升温化料，其熔点为1546±20℃，在温度高出熔点10-15℃下入钙钽镓石榴石籽晶，然后收颈、放肩、等径生长，转速为5-30转/分钟，拉速为0.3-3毫米/小时，最后15-60℃/小时的降温速率降温，降至室温，完成生长，获得高质量掺杂钙钽镓石榴石单晶体。

所述的稀土离子为Nd³⁺，Er³⁺，Yb³⁺，Ho³⁺，Tm³⁺，Ce³⁺，Pr³⁺，Dy³⁺；过渡金属离子为Cr³⁺，Co²⁺；可以单掺杂或多掺杂，稀土离子掺杂浓度在0.3at％～20at％之间，过渡金属离子掺杂浓度在0.001at％～1at％之间。

上述晶体具有如下用途：

1)可用作普通的固体激光工作物质；

2)用于可调谐激光器或超快激光器；

3)用作自调Q固体激光器，Co²⁺、Nd³⁺共掺自调Q1.3μm固体激光器，Co²⁺、Er³⁺共掺1.5μm自调Q固体激光器和Co²⁺、Yb³⁺、Er³⁺三种离子共掺1.5μm自调Q固体激光器。

本发明系列晶体具有良好的光学、机械和热导性能，便于生长，具有良好的化学稳定性。

四、具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

实施例1：将氧化钕、碳酸钙、五氧化二钽、氧化镓干燥去水，分别称取16.00g、162.50g、231.98g、187.85g，然后一起置于玛瑙研钵中研磨，然后于混料机中混合均匀。以液压机压成薄片，装入铂金坩埚中在1200℃于马弗炉中烧结18小时进行较为充分的固化反应；将烧结好的原料放入晶体生长提拉炉内的铂金坩埚中，升温化料，在高出熔点10℃左右下入[111]方向钙钽镓石榴石籽晶，然后收颈、放肩、等径生长，转速为20转/分钟，拉速为1毫米/小时，最后以15-60℃/小时降温，降至室温完成生长，获得沿[111]方向生长的φ22×40mm高质量淡蓝色掺钕的钙钽镓石榴石单晶体。

实施例2：与实施例1相同，不同的是掺杂稀土元素为Co₂O₃，生成晶体为蓝色，φ20×40mm高质量单晶。

实施例3：与实施例1相同，不同的是掺杂稀土元素为Yb₂O₃，生成晶体为蓝绿色，φ23×40mm高质量单晶。

实施例4：与实施例1相同，不同的是掺杂稀土元素为Er₂O₃，生成晶体为蓝紫色，φ25×35mm高质量单晶。

Claims (4)

1、一种掺杂钙钽镓石榴石晶体，其特征在于，该晶体属于立方晶系，具有无序晶体结构。

2、如权利要求1所述的掺杂钙钽镓石榴石晶体的制备方法，其特征在于，该晶体采用提拉法进行晶体生长，具体制备步骤如下：

1)碳酸钙、五氧化二钽、氧化镓干燥去水，按(3±0.1-x)∶(1.7±0.2)∶(3.2±0.2)摩尔比称取，其中x随掺杂离子浓度而变化，然后一起置于玛瑙研钵中研磨，再置于混料机中混合均匀；

2)用液压机将上述步骤1)所述的混合均匀的混合料压成薄片，装入铂金坩埚中，置于1200℃的马弗炉中烧结10-20小时，进行充分的固化反应；

3)将烧结好的原料放入晶体生长提拉炉内的铂金或铱金坩埚中，升温化料，其熔点为1546±20℃，在温度高出熔点10-15℃下入钙钽镓石榴石籽晶，然后收颈、放肩、等径生长，转速为5-30转/分钟，拉速为0.3-3毫米/小时，最后15-60℃/小时的降温速率降温，降至室温，完成生长，获得高质量掺杂钙钽镓石榴石单晶体。

3、如权利要求1所述的掺杂钙钽镓石榴石晶体的制备方法，其特征在于，所述的稀土稀土离子为Nd³⁺，Er³⁺，Yb³⁺，Ho³⁺，Tm³⁺，Ce³⁺，Pr³⁺，Dy³⁺；过渡金属离子为Cr³⁺，Co²⁺；可以单掺杂或多掺杂，稀土离子掺杂浓度在0.3at％～20at％之间，过渡金属离子掺杂浓度在0.001at％～1at％之间。

4、如权利要求1所述的掺杂钙钽镓石榴石晶体的用途，其特征在于，该晶体具有如下用途：

1)可用作普通的固体激光工作物质；

2)用于可调谐激光器或超快激光器；

3)用作自调Q固体激光器，Co²⁺、Nd³⁺共掺自调Q1.3μm固体激光器，Co²⁺、Er³⁺共掺1.5μm自调Q固体激光器和Co²⁺、Yb³⁺、Er³⁺三种离子共掺1.5μm自调Q固体激光器。