CN101319396A - 飞秒脉冲激光晶体掺镱钨酸钇锂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种飞秒脉冲激光晶体掺镱钨酸钇锂及其制备方法。其特征在于采用熔盐法以摩尔比70－90％的Li2W2O7为助熔剂，在750－800℃区间，以0.5－1℃/天的降温速率，生长周期为30天左右生长出了高质量、大尺寸的Yb3+:β－LiY(WO4)2晶体。该晶体特别适合用作微片激光晶体和微型激光器。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，尤其涉及一种飞秒脉冲激光晶体掺镱钨酸钇锂及其制备方法。
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。
Yb3+的电子构型为4f13，掺Yb3+的激光晶体仅有两个电子态-基态2F7/2和激发态2F5/2，上下能级各有三个和四个子能级。由于不存在任何其他的激发态能级，所以Yb3+激光晶体没有能级上转换、激发态吸收和驰豫振荡等激光能量损耗。激光过程发生在激发态2F5/2最低的Stark能级和下能级2F7/2的子能级之间，形成了准三能级的激光运行机制。由于Yb离子不存在上转换和激发态吸收，提高了效率，具有很高的光-光转效率，而且掺Yb3+的激光材料的吸收峰在970nm附近，能与InGaAs激光二极管泵浦波长(900～1100nm)有效的耦合，所以掺Yb3+的晶体被视为发展高功率激光的一个主要途径。由于掺Yb3+激光晶体，特别是在无序的钨钼酸盐与硅酸盐晶体，具有较宽的发射带与发射线宽，可用于支持飞秒锁模脉冲激光器的研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种飞秒脉冲激光晶体掺镱钨酸钇锂它能够直接使用LD泵浦的、具有较高转换效率的激光晶体材料。
本发明另一目的是提供飞秒脉冲激光晶体掺镱钨酸钇锂的制备方法。
本发明的目的是这样来实现的，本发明的Yb3+:β-LiY(WO4)2晶体属于单斜晶系。在该晶体中，Yb3+离子与Y3+离子半径相近，可高浓度掺入基质晶体而不发生浓度猝灭，因此该晶体的激活离子浓度很高，可达100％，可有效吸收泵浦源的能量，提高激光晶体的光-光转换效率。因此，该晶体特别适合用作全固态微片激光器和微型激光器。
飞秒脉冲激光晶体掺镱钨酸钇锂及其制备方法：其发明的β-掺镱钨酸钇锂晶体是一种非同成分熔化的化合物，可采用熔盐法(高温顶部籽晶法)，以摩尔比60-90％的Li2W2O7为助熔剂，在700-900℃区间，以0.5-1℃/天的降温速率，生长周期为30天左右生长出了高质量、大尺寸的Yb3+:β-LiY(WO4)2晶体。所用原料为：Y2O3和Yb2O3(纯度99.99％，中科院长春应用化学研究所)、Li2CO3(纯度99.95％，中国医药集团上海化学试剂公司)、WO3(纯度99.5％，上海试剂总厂)，生长是在铂金坩锅中、空气气氛下进行，晶体生长的参数为生长温度900℃左右，降温速率为0.5-1℃/天，晶体转速为15～20转/分钟，生长出了高质量的Yb3+:β-LiY(WO4)2晶体。
将熔盐法生长出的晶体用XRD-粉末衍射仪进行表征，并经元素分析，其表明所生长的晶体为Yb3+:β-LiY(WO4)2晶体，属于单斜晶系，晶胞参数为
β＝94.27°。
将生长出的Yb3+:β-LiY(WO4)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：该晶体在978nm处有一强的吸收峰，吸收系数为11.7cm-1，半峰宽7.0nm，吸收截面2.33×10-20cm2，适合于采用InGaAs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；另外，其在波长1003.4，1032.6和1059.9nm有强的荧光发射峰，发射跃迁截面为2.52，×10-20cm2，可产生930-1080nm波长的激光输出，荧光寿命为756μs、高激活离子浓度(甚至100％)、大的吸收和发射跃迁截面有利于器件输出功率和输出能量的提高。因此，Yb3+:β-LiY(WO4)2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。
本发明的技术效果是：发明的Yb3+:β-LiY(WO4)2晶体可用熔盐法非常容易地生长出质量优良的晶体，晶体硬度为5-6，硬度适中，便于加工；有优良的光学特性，很容易用LD泵浦获得线性偏振激光输出，激光输出波长为930-1080nm，该晶体可作为一种较好的飞秒脉冲激光晶体。
具体实施方式
实施例：1.熔盐法(高温顶部籽晶法)生长Yb3+:β-LiY(WO4)2激光晶体采用熔盐法(高温顶部籽晶法)，以摩尔比75％的Li2W2O7为助熔剂，在800-890℃区间，以0.5-1℃/天的降温速率，生长周期为34天左右生长出了高质量、大尺寸2.0×1.2×0.6cm3的Yb3+:β-LiY(WO4)2晶体
实施例：2.熔盐法(高温顶部籽晶法)生长Yb3+:β-LiY(WO4)2激光晶体采用熔盐法(高温顶部籽晶法)，以摩尔比85％的Li2W2O7为助熔剂，在800-880℃区间，以0.5-1℃/天的降温速率，生长周期为28天左右生长出了高质量、大尺寸1.5×1.0×0.4cm3的Yb3+:β-LiY(WO4)2晶体。
Claims (5)
1、一种飞秒脉冲激光晶体掺镱钨酸钇锂，其特征在于：该晶体的分子式为Yb3+:β-LiY(WO4)2，属于单斜晶系，晶胞参数为 
β＝94.27°。
2、如权利要求1所述的飞秒脉冲激光晶体掺镱钨酸钇锂，其特征在于：在该晶体中，Yb3+离子与Y3+离子半径相近，可高浓度掺入该基质晶体中而不发生浓度猝灭。
3、一种权利要求1的飞秒脉冲激光晶体掺镱钨酸钇锂的制备方法，其特征在于：该晶体采用熔盐法，以摩尔比70-90％的Li2W2O7为助熔剂，在750-800℃区间，以0.5-1℃/天的降温速率，生长周期为30天左右生长出了高质量、大尺寸的Yb3+:β-LiY(WO4)2晶体。
4、一种权利要求1的飞秒脉冲激光晶体掺镱钨酸钇锂的制备方法，其特征在于：DSC测定其相变变温度为790°±3℃，非同成份熔化，可采用熔盐法生长出大尺寸、高质量的Yb3+:β-LiY(WO4)2晶体。
5、一种权利要求1的飞秒脉冲激光晶体掺镱钨酸钇锂的用途，其特征在于：该晶体用于固体激光器中作为激光工作物质，使用激光二极管作为泵浦源，激发产生930-1080nm波长的激光输出。
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| CN101503823B (zh) * | 2009-01-22 | 2012-02-15 | 暨南大学 | 掺镱四钼钨酸铋钠/钾激光晶体及其生长方法和应用 |
| CN102888654A (zh) * | 2012-10-22 | 2013-01-23 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 掺镨钨酸镥钾激光晶体及其制备方法 |
| CN108505118A (zh) * | 2018-05-11 | 2018-09-07 | 福州大学 | 一种大尺寸硼钨酸镧晶体的制备方法 |
| CN109811414A (zh) * | 2019-03-21 | 2019-05-28 | 福州大学 | 一种钨酸盐激光晶体基质及其制备方法 |
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