CN101078133A - 掺钕钒酸镧钙激光晶体及其制备方法和用途 - Google Patents

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王国富
范俊梅
林州斌
张莉珍
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Abstract

掺钕钒酸镧钙激光晶体及其制备方法和用途，涉及人工晶体领域。采用提拉法生长，在1600℃，以15－25转/分钟的转速，1.0－2.0毫米/小时的拉速，生长出了高质量、较大尺寸的Nd3+:Ca2La0.67(VO4)2晶体。光谱计算表明，该晶体在荧光发射波长1064nm和880nm处均有较大的发射跃迁截面，易于产生波长为1064nm和880nm的激光输出，而880nm的激光经非线性光学晶体倍频后，将可产生波长为435－460nm的蓝色激光输出，并有望获得实际应用。

Description

掺钕钒酸镧钙激光晶体及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于光电子材料技术领域中的人工晶体和晶体生长领域，尤其是涉及一种作为固态激光器中的工作物质的激光晶体材料。
背景技术
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。同时，由于蓝绿色激光在科研、民用、国防等领域均获得广泛的应用，因此研究能直接产生蓝绿色激光或经倍频等其它方法获得蓝绿色激光输出的激光晶体，也是晶体材料研究的热点。
发明内容
本发明的目的就在于研制一种新的激光晶体，能够直接使用闪光灯和LD泵浦的，可产生1064nm和880nm波长的激光输出，经倍频后可获得435-460nm波长的蓝色激光输出，且具有较高转换效率的激光晶体材料。掺钕钒酸镧钙(Nd3+:Ca2La0.67(VO4)2)晶体是一种同成分熔化的化合物，可以采用提拉法生长。具体的化学反应式如下：
0.33La2O3+2CaCO3+V2O5＝Ca2La0.67(VO4)2+2CO2
所用的原料纯度及厂家如下：
  药品名   纯度   厂家
  Nd2O3   99.95％   中科院长春应用化学研究所
  CaCO3   99.95％   中国医药集团上海化学试剂公司
  V2O5   99.95％   上海试剂总厂
  La2O3   99.99％   中科院长春应用化学研究所
提拉法生长Nd3+:Ca2La0.67(VO4)2晶体，其主要生长条件如下：生长是在铱金坩锅中、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1600℃，提升速度为1.0～2.0毫米/小时，晶体转速为15～25转/分钟。
将生长出的晶体，在四圆衍射仪上进行了衍射数据的收集，结构分析表明，其属于三方晶系，晶胞参数为a＝9.65，c＝3.82，V＝3063，Z＝3。
将生长出的Nd3+:Ca2La0.67(VO4)2晶体，进行吸收光谱、荧光光谱及荧光寿命等的分析测试，结果表明：Nd3+:Ca2La0.67(VO4)2晶体的主吸收峰在808nm，吸收跃迁截面为25.28×10-20cm2，半峰宽(FWHM)为24nm，在808nm处较大的吸收跃迁截面非常适合于采用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1064nm处的发射跃迁截面σem为2.25×10-19cm2，半峰宽(FWHM)为28.8nm，荧光寿命为148μs，Nd3+:Ca2La0.67(VO4)2晶体在1064nm处能得到较大的激光输出。其在880nm处的发射跃迁截面为4.8×10-19cm2，半峰宽(FWHM)为12.6nm，Nd3+:Ca2La0.67(VO4)2晶体在880nm处的发射跃迁截面比较大，有利于晶体在880nm处产生激光输出。因此，该晶体经非线性晶体倍频后，可以激发产生435-460nm波长的蓝色激光输出。
掺钕钒酸镧钙激光晶体及其制备方法和用途，其发明的Nd3+:Ca2La0.67(VO4)2晶体可用提拉法非常容易地生长出质量较好的晶体，生长工艺稳定，晶体质地坚硬，具有良好的导热性能，有优良的光学性能，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1064nm和880nm。该晶体可作为一种较好的激光晶体，有实际应用前景及使用价值。
具体实施方式
实施例：提拉法生长掺杂浓度为0.09at％Nd3+:Ca2La0.67(VO4)2激光晶体。
将按化学计量比准确称量好的La2O3、CaCO3、V2O5和Nd2O3混合研磨均匀，压片后，放入φ80×100mm3的刚玉坩锅中，在马弗炉中于1000℃固相反应24小时，取出后，再研磨、压片，升温至1200℃反应36小时。将合成好的以上样品装入φ45×35mm3的铱金坩锅中，放入提拉炉中，采用提拉法，在N2气氛中，生长温度为1600℃、晶体转速为15转/分钟，拉速为1.5毫米/小时的情况下，生长出了尺寸为φ20×30mm3的高质量Nd3+:Ca2La0.67(VO4)2晶体。

Claims (6)

1.一种掺钕钒酸镧钙激光晶体，其特征在于：该晶体的分子式为Nd3+:Ca2La0.67(VO4)2，，Nd3+掺杂浓度在0.05-10at％之间。属于三方晶系，晶胞参数为a＝9.65，c＝3.82，V＝3063，Z＝3。
2.一种权利要求1的掺钕钒酸镧钙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.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：该提拉法的具体生长参数为：惰性气体气氛中，生长温度1600℃，提拉速度为1.0-2.0毫米/小时，晶体转速为15-25转/分钟。
4.一种权利要求1的掺钕钒酸镧钙激光晶体的用途，其特征在于：该晶体用于固体激光器中，作为激光工作物质，使用闪光灯或激光二极管作为泵浦源，激发产生1064nm波长的激光输出。
5.一种权利要求1的掺钕钒酸镧钙激光晶体的用途，其特征在于：该晶体用于固体激光器中，作为激光工作物质，使用闪光灯或激光二极管作为泵浦源，激发产生880nm波长的激光输出。
6.一种权利要求1的掺钕钒酸镧钙激光晶体的用途，其特征在于：该晶体用于固体激光器中，作为激光工作物质，使用闪光灯或激光二极管作为泵浦源，经非线性晶体倍频后，激发产生435-460nm波长的蓝色激光输出。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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