CN101319395A - 一种掺钕钒酸镧钇激光晶体及其制备方法和应用 - Google Patents

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本发明公开了一种掺钕钒酸镧钇激光晶体，其特征在于：其为在Nd:YVO4晶体中掺入LaVO4晶体的熔融化合物，其化学式为：Ndx:LayY1－x－yVO4，其中x＝0～0.05，y＝0.002～0.2，由于La3+的半径1.22较Y3+半径1.07大，利用大半径离子La3+替代Y3+进入晶格后所形成的张力可减小该离子(Y3+)附近刃型位错的应变能，从而可在一定程度上抑制位错的迁移和重排，即抑制小角度晶界的形成，可以有效改善Nd:YVO4晶体的光学均匀性，获得高光学质量、较大尺寸、物理性能优良的掺钕钒酸镧钇激光晶体，其二极管泵浦光－光转换效率大于65％，并且可采用提拉法生长，其生长工艺简单、周期短，能够实现大规模低成本的批量生产。

Description

一种掺钕钒酸镧钇激光晶体及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及光电子功能材料技术领域，尤其涉及人工晶体和晶体生长领域中的一种可应用于固体激光器的掺钕钒酸镧钇激光晶体及其生长方法以及应用。
专利背景  激光晶体是固体激光器的工作物质，由基质材料和激活离子组成。自1960年，人造红宝石脉冲激光器研制成功以来，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，掺钕离子的钇铝石榴石(Nd:YAG)晶体，因具有较好的物理和化学性能，且易于生长出高光学质量、大尺寸的优质晶体，而得到广泛的应用。但是，作为轻便型的激光器，必须实现LD泵浦下的全固化，而Nd:YAG晶体在808nm的吸收峰线宽仅1nm，而典型LD输出线宽达3nm，且发射波长存在0.2～0.3nm/℃的温度系数。因此，采用LD泵浦Nd:YAG晶体时，为了提高泵浦效率，使LD的输出波长正好对准Nd:YAG晶体的吸收峰，需要使用额外的温控装置调节LD的工作温度。为此，国际上掀起了探索适于LD泵浦的高效率、宽吸收带激光晶体的研究热潮。
近年来研究发现，掺钕的钒酸钇(Nd:YVO4)晶体与Nd:YAG晶体相比，具有较大的受激发射截面，其在a轴方向Nd:YVO4晶体1064nm波长的受激发射截面约为Nd:YAG晶体的4倍，且在泵浦波长808nm处具有较宽的吸收带(约为Nd:YAG的5倍)。因此，Nd:YVO4晶体具有比较低的泵浦阈值及比较高的转换效率，特别适合于LD泵浦的全固态固体激光器。另外，对于LD泵浦掺Nd介质腔内倍频实现532nm的激光输出，Nd:YVO4晶体是一种最重要的材料。因为，在端面泵浦的系统中，泵浦光束通常是高度聚焦的，很难在超过几毫米的距离内维持小的束腰，而吸收截面和增益都很高的Nd:YVO4晶体将具有较大的优势。
然而，要获得高光学质量、物理性能优良的Nd:YVO4晶体并不容易，一方面正钒酸盐晶体在高温下，特别是在熔化后易于分解成含低价态V的多钒酸盐和O2、V2O5等挥发性气体，因此其在生长结束后处于严重的缺氧状态，晶体内部的多钒酸盐容易脱溶析出，形成微小的散射颗粒及色心。另一方面，Nd:YVO4晶体在生长过程中所形成的刃型位错在热应力的作用下，向垂直滑移面的平面移动后，会形成小角度晶界。这些因素都将严重影响Nd:YVO4晶体的光学均匀性，大大降低晶体加工的成品率。
发明内容
本发明的目的是提供一种光学均匀性好、物理性能优良、能够直接采用激光二极管泵浦且具有较高转换效率的掺钕钒酸镧钇激光晶体及其制备方法和应用。
本发明采用以下技术方案：掺钕钒酸镧钇激光晶体为在Nd:YVO4晶体中掺入LaVO4晶体的熔融化合物，其化学式为：Ndx:LayY1-x-yVO4，其中x＝0～0.05，y＝0.002～0.2。
上述的掺钕钒酸镧钇激光晶体属四方晶系，其空间群为D4h，密度约为4.23g·cm-3，莫氏硬度约为4～5(近似玻璃)。
上述的掺钕钒酸镧钇激光晶体采用熔体提拉(Czochralski)法进行单晶生长，其制备方法如下：
1)高纯多晶原料合成。按合成Ndx:LayY1-x-yVO4化学计量比准确称取药品，Y2O3纯度99.99％、La2O3纯度99.99％、Nd2O3纯度99.99％、NH4VO3纯度99.5％，并将所称取的药品放入刚玉研钵中研磨均匀、压片，然后进行高温烧结。
2)单晶生长。采用铱金坩埚作为烧结后合成好的晶体生长的容器，在提拉炉中，使其在惰性气体的气氛下进行单晶提拉，其生长温度约为1800～1900℃，生长速度为0.5～2.0mm/h，晶体转速为12～30r/min。透过单晶提拉炉上的石英观察窗观察晶体生长时光圈及生长趋势的变化情况，并通过欧陆表调节电势的升降及其变化速率，以控制晶体生长形态。
3)晶体退火。当晶体生长结束后，将晶体提升并脱离熔体，调整晶体高度，使其高出熔体表面1～3mm高度，然后缓慢退火至室温，降温速率为5～60℃/h。即得到掺钕钒酸镧钇激光晶体毛坯。
上述的掺钕钒酸镧钇激光晶体毛胚按照需要，经定向、切割、粗磨、抛光、镀膜等加工，可应用于固体激光器中作为激光工作物质。
上述的掺钕钒酸镧钇激光晶体采用闪光灯或激光二极管(LD)泵浦。
本发明采用以上技术方案，由于La3+的半径
Figure A20081007127200041
较Y3+半径
Figure A20081007127200042
大，利用大半径离子La3+替代Y3+进入晶格后所形成的张力可减小该离子(Y3+)附近刃型位错的应变能，从而可在一定程度上抑制位错的迁移和重排，即抑制小角度晶界的形成，可以有效改善Nd:YVO4晶体的光学均匀性，获得高光学质量、较大尺寸、物理性能优良的掺钕钒酸镧钇激光晶体，采用闪光灯或激光二极管(LD)泵浦后，可激发产生914nm、1064nm、1085nm、1342nm波长的激光输出，通过频率变换后也可产生355nm、447nm、457nm、532nm、543nm、671nm波长的激光输出，其二极管泵浦光-光转换效率大于65％。此外，该激光晶体可采用提拉法生长，其生长工艺简单、周期短，能够实现大规模低成本的批量生产。晶体制成的固体激光器可分别用于光谱学、生物医学、军事领域中。
具体实施方式
本发明掺钕钒酸镧钇激光晶体的具体制备方法如下：
实施例1：熔体提拉法生长Nd0.002:La0.06Y0.938VO4激光晶体。
将按化学计量比准确称量好的Y2O3(99.99％)、La2O3(99.99％)、Nd2O3(99.99％)、NH4VO3(99.5％)放入刚玉研钵中混合研磨均匀，压片后，置于马弗炉内进行高温烧结。将合成好的多晶粉末原料放入单晶提拉炉中，采用尺寸约为φ60×40mm3的铱金坩埚作为晶体生长的容器，在N2气氛下进行单晶提拉。生长温度约为1800～1900℃，生长速度约为1.5～2.0mm/h，晶体转速约为12～25r/min。生长过程中，透过石英观察窗观察晶体生长时光圈及生长趋势的变化情况，并通过欧陆表调节电势的升降及其变化速率，以控制晶体生长形态。当生长结束后，将晶体提升并脱离熔体，调整晶体高度，使其高出熔体表面约0.5mm。然后分5个阶段退火至室温，降温速率为5～60℃/h。得到尺寸约为26mm×30mm(等径部分)的高光学质量Nd0003:La0.04Y0.957VO4晶体。
实施例2：熔体提拉法生长Nd0.03:La0.002Y0.968VO4激光晶体。
将按化学计量比准确称量好的Y2O3(99.99％)、La2O3(99.99％)、Nd2O3(99.99％)、NH4VO3(99.5％)放入刚玉研钵中混合研磨均匀，压片后，置于马弗炉内进行高温烧结。晶体生长设备及生长条件与实施例1相同，得到尺寸约为28mm×31mm(等径部分)的高光学质量Nd0.03:La0.02Y0.95VO4晶体。
实施例3：熔体提拉法生长Nd0.05:La0.01Y0.94VO4激光晶体。
将按化学计量比准确称量好的Y2O3(99.99％)、La2O3(99.99％)、Nd2O3(99.99％)、NH4VO3(99.5％)放入刚玉研钵中混合研磨均匀，压片后，置于马弗炉内进行高温烧结。晶体生长设备及生长条件与实施例1相同，得到尺寸约为28mm×32mm(等径部分)的高光学质量Nd0.05:La0.01Y0.94VO4晶体。
实施例4：熔体提拉法生长La0.06Y0.94VO4激光晶体。
将按化学计量比准确称量好的Y2O3(99.99％)、La2O3(99.99％)、NH4VO3(99.5％)放入刚玉研钵中混合研磨均匀，压片后，置于马弗炉内进行高温烧结。晶体生长设备及生长条件与实施例1相同，得到尺寸约为30mm×32mm(等径部分)的高光学质量La0.06Y0.94VO4晶体。
实施例5：熔体提拉法生长La0.2Y0.8VO4激光晶体。
将按化学计量比准确称量好的Y2O3(99.99％)、La2O3(99.99％)、NH4VO3(99.5％)放入刚玉研钵中混合研磨均匀，压片后，置于马弗炉内进行高温烧结。晶体生长设备及生长条件与实施例1相同，得到尺寸约为28mm×31mm(等径部分)的高光学质量La0.2Y0.8VO4晶体。

Claims (5)

1、一种掺钕钒酸镧钇激光晶体，其特征在于：其为在Nd:YVO4晶体中掺入LaVO4晶体的熔融化合物，其化学式为：Ndx:LayY1-x-yVO4，其中x＝0.0005～0.05，y＝0.002～0.2。
2、根据权利要求1所述的一种掺钕钒酸镧钇激光晶体的制备方法，其特征在于：采用熔体提拉(Czochralski)法进行单晶生长，其制备方法如下：
1)高纯多晶原料合成。按合成Ndx:LayY1-x-yVO4化学计量比准确称取药品，Y2O3纯度99.99％、La2O3纯度99.99％、Nd2O3纯度99.99％、NH4VO3纯度99.5％，并将所称取的药品放入刚玉研钵中研磨均匀、压片，然后进行高温烧结。
2)单晶生长。采用铱金坩埚作为烧结后合成好的晶体生长的容器，在提拉炉中，使其在惰性气体的气氛下进行单晶提拉，其生长温度约为1800～1900℃，生长速度为0.5～2.0mm/h，晶体转速为12～30r/min。透过单晶提拉炉上的石英观察窗观察晶体生长时光圈及生长趋势的变化情况，并通过欧陆表调节电势的升降及其变化速率，以控制晶体生长形态。
3)晶体退火。当晶体生长结束后，将晶体提升并脱离熔体，调整晶体高度，使其高出熔体表面1～3mm高度，然后缓慢退火至室温，降温速率为5～60℃/h。即得到掺钕钒酸镧钇激光晶体毛坯。
3、根据权利要求1所述的一种掺钕钒酸镧钇激光晶体，其特征在于：其属四方晶系，其空间群为D4h，密度约为4.23g·cm-3，莫氏硬度约为4～5(近似玻璃)。
4、根据权利要求1或2所述的一种掺钕钒酸镧钇激光晶体的应用，其特征在于：其掺钕钒酸镧钇激光晶体毛胚按照需要，经定向、切割、粗磨、抛光、镀膜等加工，可应用于固体激光器中作为激光工作物质。
5、根据权利要求1或2所述的一种掺钕钒酸镧钇激光晶体的应用，其特征在于：其掺钕钒酸镧钇激光晶体采用闪光灯或激光二极管(LD)泵浦后。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101659552B (zh) * 2009-09-11 2013-04-03 昆明理工大学 一种Nd-YVO4透明激光陶瓷材料的制备方法
CN101659551B (zh) * 2009-09-11 2013-05-08 昆明理工大学 含镧系稀土和钪的yvo4透明激光陶瓷的制备方法
CN103305914A (zh) * 2013-05-24 2013-09-18 合肥晶桥光电材料有限公司 一种 Tm、Ho掺杂LaVO4发光材料及其熔体法晶体生长方法
CN103818958A (zh) * 2012-11-16 2014-05-28 福建福晶科技股份有限公司 一种提高yvo4晶体生长质量的原料合成方法
CN104911712A (zh) * 2014-03-11 2015-09-16 中国科学院理化技术研究所 一种掺钙离子的钒酸钇晶体的制备方法
CN105133015A (zh) * 2015-08-06 2015-12-09 中国科学院理化技术研究所 一种掺杂钒酸铽磁光晶体、生长方法及其应用

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2600055B1 (fr) * 1986-06-16 1988-08-26 Commissariat Energie Atomique Aluminates mixtes de lanthanide-magnesium, lasers utilisant des monocristaux de ces aluminates
FR2668464B1 (fr) * 1990-10-25 1993-01-08 Commissariat Energie Atomique Silicates mixtes d'yttrium et de lanthanide et laser utilisant des monocristaux de ces silicates.
CN1393579A (zh) * 2001-06-26 2003-01-29 上海佳科光电技术有限公司 钒酸钇晶体材料的制备方法
CN1318660C (zh) * 2003-07-04 2007-05-30 中国科学院福建物质结构研究所 掺钕钒酸镧激光晶体及其制备方法
CN101078133A (zh) * 2006-05-25 2007-11-28 中国科学院福建物质结构研究所 掺钕钒酸镧钙激光晶体及其制备方法和用途

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101659552B (zh) * 2009-09-11 2013-04-03 昆明理工大学 一种Nd-YVO4透明激光陶瓷材料的制备方法
CN101659551B (zh) * 2009-09-11 2013-05-08 昆明理工大学 含镧系稀土和钪的yvo4透明激光陶瓷的制备方法
CN103818958A (zh) * 2012-11-16 2014-05-28 福建福晶科技股份有限公司 一种提高yvo4晶体生长质量的原料合成方法
CN103305914A (zh) * 2013-05-24 2013-09-18 合肥晶桥光电材料有限公司 一种 Tm、Ho掺杂LaVO4发光材料及其熔体法晶体生长方法
CN104911712A (zh) * 2014-03-11 2015-09-16 中国科学院理化技术研究所 一种掺钙离子的钒酸钇晶体的制备方法
CN105133015A (zh) * 2015-08-06 2015-12-09 中国科学院理化技术研究所 一种掺杂钒酸铽磁光晶体、生长方法及其应用

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