CN101070616A - Yb掺杂的锗酸钆、锗酸镧及其熔体法生长方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种两种Yb掺杂的锗酸盐及其熔体法生长方法，它们的分子式可表为Yb2xLa2(1－x)GeO5、Yb2xGd2(1－x)GeO5(x＝0.0001～1)，可用Yb2O3、La2O3、Gd2O3、GeO2，或相应的镱、镧、钆、锗的其它化合物进行配料，只要能最终化合为Yb2xRE2(1－x)GeO5(RE＝La，Gd)即可；配制好的原料经充分混合、压制成形、高温烧结后，成为晶体生长的起始原料；生长起始原料放入坩埚经加热充分熔化后，成为熔体法生长的初始熔体，然后可用熔体法如提拉法、坩埚下降法、温梯法及其它熔体法来进行生长；对于需用籽晶来定向生长的熔体法，籽晶为Yb2xRE2(1－x)GeO5单晶或RE2GeO5单晶。Yb2xGd2(1－x)GeO5单晶可用作LD泵浦的超短脉冲激光器、可调谐激光器中的工作物质。
Description
技术领域
本发明涉及激光材料和晶体生长领域，具体是掺Yb的锗酸镧、掺Yb锗酸钆晶体及其熔体法晶体生长方法。
技术背景
超短脉冲和可调谐固体激光器在超快光谱学、微电子加工、生物医疗、光钟、计量、全息、高容量和高速光通讯等众多领域具有广泛的应用前景。近年来，随着GaAs激光二极管(LD)在900～1100nm波段性能的提高，人们对于二极管泵浦的具有高效率、大能量激光体系中的Yb掺杂激光晶体越来越有兴趣。这是因为Yb离子是比较理想的适合于二极管泵浦的激光激活离子，它具有最简单的能级结构，仅有2F7/2和2F5/2两个多重态，这使得它没有激发态和可见区域的吸收，并避免了上转换和驰豫振荡等激光能量损耗。另外，Yb离子的宽发射带允许超短脉冲的产生，吸收和激发波长之间的较小量子缺陷可产生低的热负载，从而减少一系列不良后果，比如热透镜和热损伤。但是Yb离子的一个缺点是在大多数激光工作物质中，激光下能级位置较低，有较多的热布居粒子数导致激光阈值高，激光效率对热效应非常敏感。为了降低激光工作阈值和提高激光效率，Yb离子需要一个相对较强的晶场，以提高它的基态2F7/2的Stark能级分裂。因此，晶体结构的低对称性和替代位置的多样性对于掺杂Yb的基质材料是很必要的。目前研究最多的LD抽运Yb:YAG晶体，连续激光输出也已经达到数千瓦的水平。但Yb:YAG发射宽度比较窄，激光产生在上能级的最低能级到下能级的次高能级的跃迁，阈值比较高，原因是Yb离子在YAG中的晶场较弱，致使2F7/2的能级分裂较小，激光发射的下能级位置较低。所以寻找Yb离子的发射带宽、2F7/2能级分裂大的激光材料是有意义的工作。本发明的基质晶体可使Yb3+的发射带增宽，2F7/2的能级分裂增大。
发明内容
本发明的目的是提供两种Yb掺杂的锗酸盐及其熔体法生长方法，制备Yb2xRE2(1-x)GeO5，其中：RE代表稀土离子La、Gd，x的取值范围为0.0001～1。Yb2xGd2(1-x)GeO5单晶可用作LD泵浦的超短脉冲激光器、可调谐激光器中的工作物质。
本发明的技术方案如下：
两种Yb掺杂的锗酸盐晶体，其特征在于：化合物的分子式表示为Yb2xRE2(1-x)GeO5，其中：RE代表稀土离子La、Gd，x的取值范围为0.0001～1。
所述的两种Yb掺杂的锗酸盐晶体的熔体法生长方法，其特征在于：
(1)Yb2xRE2(1-x)GeO5晶体生长原料的配料：
A、当RE＝La时，采用Yb2O3、La2O3、GeO2作为原料，按如下化合式进行配料，并充分混合均匀：
B、当RE＝Gd时，采用Yb2O3、Gd2O3、GeO2作为原料，按如下化合式进行配料，并充分混合均匀：
C、以上配方系化学剂量比配方，由于生成物均是同成分熔融化合物，因此，以上两种晶体还可以按照同成分配比进行生长，即其配比成分不一定是化学剂量比。
D、这两种晶体的原料也可以通过以Yb2O3、La2O3、GeO2、Gd2O3为原料，采用液相的共沉淀法、溶胶凝胶法制备，此种方法可以使原料在分子水平上混合，有利于在较低的温度下生成多晶原料。
(2)原料的压制和烧结：需要对(1)中配好的原料进行压制和烧结，压制成形可以提高原料的密度和紧密性。烧结可以使原料形成多晶，有利于熔化和生长。烧结温度在750～1700℃下，烧结时间为10～24小时。也可以把烧结过程和生长过程结合起来，用压制成形后的原料不经烧结直接生长晶体。
所述的晶体的熔体法生长是指把晶体生长初始原料放入生长坩埚内，通过加热并充分熔化，获得晶体生长初始熔体；然后采用熔体法晶体生长工艺——提拉法、坩埚下降法、温梯法或者其它熔体法晶体生长方法进行生长。
所述的两种Yb掺杂的锗酸盐晶体的熔体法生长方法，其特征在于采用籽晶定向生长，籽晶为Yb2xRE2(1-x)GeO5单晶或RE2GeO5单晶，RE＝Gd、La，籽晶方向一般为晶体对称性最高的方向，以及其它任意确定的方向。
所述的两种Yb掺杂的锗酸盐晶体的熔体法生长方法，其特征在于所述的配料中所用原料Yb2O3、La2O3、Gd2O3、GeO2可采用相应的镱、镧、钆、锗的其它化合物代替，但需满足能通过化学反应能最终形成化合物Yb2xRE2(1-x)GeO5这一条件。
所述的两种Yb掺杂的锗酸盐晶体的熔体法生长方法，其特征在于：考虑在晶体生长过程中的分凝效应，设所述Yb2xRE2(1-x)GeO5晶体中某种元素的分凝系数为k，k＝0.01～1，则当所述的(1)步骤中A、B的化合式中该元素的化合物的质量为W时，则在配料中应调整为W/k。
Yb2xGd2(1-x)GeO5单晶可用作LD泵浦的超短脉冲激光器、可调谐激光器中的工作物质。本发明的基质晶体可使Yb3+的发射带增宽，2F7/2的能级分裂增大。
具体实施方式
1.本发明为Yb掺杂锗酸镧晶体、Yb掺杂锗酸钆晶体，发明化合物的分子式可表示为Yb2xRE2(1-x)GeO5，其中：RE代表稀土离子La、Gd，x的取值范围为0.0001～1。
2、Yb2xRE2(1-x)GeO5晶体的熔体法晶体生长方法：
(1)、Yb2xRE2(1-x)GeO5晶体生长原料的配料：
A、当RE＝La时，采用Yb2O3、La2O3、GeO2作为原料，按如下化合式进行配料，并充分混合均匀：
B、当RE＝Gd时，采用Yb2O3、Gd2O3、GeO2作为原料，按如下化合式进行配料，并充分混合均匀：
C、以上配方系化学剂量比配方，由于生成物均是同成分熔融化合物，因此，以上两种晶体还可以按照同成分配比进行生长，即其配比成分不一定是化学剂量比。
D、这两种晶体的原料也可以通过以Yb2O3、La2O3、GeO2、Gd2O3为原料，采用液相的共沉淀法、溶胶凝胶法制备，此种方法可以使原料在分子水平上混合，有利于在较低的温度下生成多晶原料。
E、所用原料Yb2O3、La2O3、Gd2O3、GeO2可用相应的镱、镧、钆、锗的其它化合物来进行配制，例如：GeO2原料可用GeCl4来代替，只要通过化合反应能最终形成Yb2xRE2(1-x)GeO5化合物即可。
F、如果在晶体生长过程中考虑分凝效应，设晶体中某种元素的分凝系数为k(k＝0.01～1)，在A、B、C中，配料中含相应元素的化合物的质量若为W克，则在配料中应调整为W/k克。
(2)、原料的压制和烧结：需要对(1)中配好的原料进行压制和烧结，压制成形可以提高原料的密度和紧密性。烧结可以使原料形成多晶，有利于熔化和生长。烧结温度在750～1700℃下，烧结时间为10～24小时。也可以把烧结过程和生长过程结合起来，用压制成形后的原料不经烧结直接生长晶体。
(3)、熔体法生长工艺：把制备好的Yb2xRE2(1-x)GeO5晶体生长原料放入生长坩埚内，通过加热并充分熔化，获得晶体生长初始熔体。然后采用熔体法晶体生长工艺——包括提拉法、坩埚下降法、温梯法以及其它熔体法生长单晶。对于需使用籽晶定向生长的熔体法生长工艺如提拉法，籽晶为Yb2xRE2(1-x)GeO5单晶或RE2GeO5单晶(RE＝Gd、La)，籽晶方向一般为晶体对称性最高的方向，以及其它任意确定方向。
Claims (6)
1、两种Yb掺杂的锗酸盐晶体，其特征在于：化合物的分子式表示为Yb2xRE2(1-x)GeO5，其中：RE代表稀土离子La、Gd，x的取值范围为0.0001～1。
2、如权利要求1所述的两种Yb掺杂的锗酸盐晶体的熔体法生长方法，其特征在于：
(1)Yb2xRE2(1-x)GeO5晶体生长原料的配料：
A、当RE＝La时，采用Yb2O3、La2O3、GeO2作为原料，按如下化合式进行配料，并充分混合均匀：
B、当RE＝Gd时，采用Yb2O3、Gd2O3、GeO2作为原料，按如下化合式进行配料，并充分混合均匀：
C、以上配方系化学剂量比配方，由于生成物均是同成分熔融化合物，因此，以上两种晶体还可以按照同成分配比进行生长，即其配比成分不一定是化学剂量比。
D、这两种晶体的原料也可以通过以Yb2O3、La2O3、GeO2、Gd2O3为原料，采用液相的共沉淀法、溶胶凝胶法制备，此种方法可以使原料在分子水平上混合，有利于在较低的温度下生成多晶原料。
(2)原料的压制和烧结：需要对(1)中配好的原料进行压制和烧结，压制成形可以提高原料的密度和紧密性。烧结可以使原料形成多晶，有利于熔化和生长。烧结温度在750～1700℃下，烧结时间为10～24小时。也可以把烧结过程和生长过程结合起来，用压制成形后的原料不经烧结直接生长晶体。
3、根据权利要求2所述的两种Yb掺杂的锗酸盐晶体的熔体法生长方法，其特征在于所述的晶体的熔体法生长是指把晶体生长初始原料放入生长坩埚内，通过加热并充分熔化，获得晶体生长初始熔体；然后采用熔体法晶体生长工艺——提拉法、坩埚下降法、温梯法或者其它熔体法晶体生长方法进行生长。
4、根据权利要求3所述的两种Yb掺杂的锗酸盐晶体的熔体法生长方法，其特征在于采用籽晶定向生长，籽晶为yb2xRE2(1-x)GeO5单晶或RE2GeO5单晶，RE＝Gd、La，籽晶方向一般为晶体对称性最高的方向，以及其它任意确定的方向。
5、根据权利要求2所述的两种Yb掺杂的锗酸盐晶体的熔体法生长方法，其特征在于所述的配料中所用原料Yb2O3、La2O3、Gd2O3、GeO2可采用相应的镱、镧、钆、锗的其它化合物代替，但需满足能通过化学反应能最终形成化合物Yb2xRE2(1-x)GeO5这一条件。
6、根据权利要求2所述的两种Yb掺杂的锗酸盐晶体的熔体法生长方法，其特征在于：考虑在晶体生长过程中的分凝效应，设所述Yb2xRE2(1-x)GeO5晶体中某种元素的分凝系数为k，k＝0.01～1，则当所述的(1)步骤中A、B的化合式中该元素的化合物的质量为W时，则在配料中应调整为W/k。
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Legal Events
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Assignee: HEFEI JINGQIAO PHOTOELECTRIC MATERIAL Co.,Ltd. Assignor: Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics,Chinese Academy of Sciences Contract record no.: 2011340000482 Denomination of invention: Yb-doped gadolinium germanate, lanthanum germanate and its melt-method growth process Granted publication date: 20090708 License type: Exclusive License Open date: 20071114 Record date: 20111222 |
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Owner name: HEFEI INST. OF MATTER SCIENCES, CHINESE ACADEMY OF Free format text: FORMER OWNER: ANHUI INST. OF OPTICS AND FINE MECHANICS, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Effective date: 20120112 |
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Effective date of registration: 20120112 Address after: 230031 Shushan Lake Road, Anhui, China, No. 350, No. Patentee after: HEFEI INSTITUTES OF PHYSICAL SCIENCE, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Address before: 230031 Shushan Lake Road, Anhui, China, No. 350, No. Patentee before: Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics,Chinese Academy of Sciences |
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Effective date of registration: 20190308 Address after: 230000 Jinxiu Avenue 316, Peach Blossom Industrial Park, Jingkai District, Hefei City, Anhui Province Patentee after: ZHONGKE JIUYAO TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 230031 Shushan Lake Road, Hefei, Anhui 350 Patentee before: HEFEI INSTITUTES OF PHYSICAL SCIENCE, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240126 Address after: 230000 Dongpu Island, Hefei, Anhui Patentee after: HEFEI INSTITUTES OF PHYSICAL SCIENCE, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Country or region after: China Address before: 230000 Jinxiu Avenue 316, Peach Blossom Industrial Park, Jingkai District, Hefei City, Anhui Province Patentee before: ZHONGKE JIUYAO TECHNOLOGY Co.,Ltd. Country or region before: China |
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