CN101319397A - 双钨酸盐自拉曼晶体及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
双钨酸盐自拉曼晶体及其制备方法与应用，属于晶体生长与晶体器件技术领域。用顶部籽晶技术制备RE:KLu(WO4)2(RE＝Nd，Yb，Ho或Tm及其它激活稀土离子)晶体。通过激光二极管泵浦自拉曼晶体器件，使用电光调Q、声光调Q、被动调Q等元器件形成脉冲激光，再通过自拉曼激光晶体器件产生自拉曼激光。本方法制作的激光器具有简单、紧凑、阈值低、输出功率高、稳定性好、转换效率高、光束质量好、操作简单、成本低，以及便于工业化的大批量制造等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种自拉曼晶体及其应用，具体涉及一类具有黑钨矿结构的双钨酸盐自拉曼晶体、晶体的制备方法及器件，属于晶体生长与晶体器件技术领域。
背景技术
拉曼频移技术是利用拉曼介质的受激拉曼散射效应，对激光进行频率转换，从而获得新波长激光的一种非线性光学技术，这种技术是激光频率转换的一个重要发展方向长拉曼频移技术移动的光谱范围大，可以获得多种人们急需波长的激光光源。这些光源在军事、医疗、显示、遥感、海洋探测等许多领域有重要的应用，因此相关研究日益受到人们关注。
目前，获得拉曼激光主要是借助激光晶体产生相应波长的激光，再利用拉曼晶体来产生拉曼位移激光，要用两块晶体，而且必须同时满足产生基频激光与拉曼激光的匹配模式，从而导致谐振腔复杂、激光器体积大、调整复杂等问题。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，实现体积小、效率高且结构稳定的拉曼位移激光器，本发明提供一类具有双钨酸盐结构的自拉曼晶体及其制备方法，还提供该自拉曼晶体加工的晶体器件和自拉曼固体激光器的应用设计。
本发明具有双钨酸盐结构的自拉曼晶体通常表示为RE:KLu(WO4)2。
本发明的技术方案如下：
自拉曼晶体：
本发明双钨酸盐结构的自拉曼晶体，具有通式如下：
RE1-x:KLux(WO4)2，其中，RE为Nd，Yb，Ho或Tm，及其它激活稀土离子；
X＝90at％-99.95at％。
优选的，稀土离子Yb，Ho或Tm的掺杂浓度为0.05at％-10at％，Nd的掺杂浓度为0.05at％-5at％。
制备方法：
本发明的自拉曼晶体RE:KLu(WO4)2，采用助熔剂法生长。采用顶部籽晶技术，在立式电阻炉内进行晶体生长，以WO3、KCO3、Lu2O3、稀土氧化物RE2O3为原料，反应式如下：
K2CO3+2WO3→K2W2O7+CO2↑
K2CO3+4WO3+xLu2O3+(1-x)RE2O3→2RE1-x:KLux(WO4)2+CO2↑
式中，RE＝Nd，Yb，Ho或Tm，及其它激活稀土离子。X＝90at％-99.95at％。
具体制备步骤如下：
按摩尔比称取原料并混合均匀，放置到白金坩埚中，同时升温至1050-1060℃化料，并且保温两天，使原料充分熔化。为了使熔液充分熔化和混合均匀，搅拌10-12h，。采用籽晶试探法测定溶液的饱和点温度，在高于饱和点温度3℃时将籽晶下入液面下方2-3mm，采用c方向籽晶，这样得到的晶体利用率较高。生长结束后将晶体提离液面，然后以3-4℃/h的速率降温，当降到200℃时，自然冷却至室温。单斜双钨酸盐的各向异性很强，所以一定要缓慢降温，防止晶体开裂。
最后对制得的晶体进行加工处理、抛光，用以制备晶体器件。
本发明的自拉曼晶体作为激光晶体器件的应用
RE:KLu(WO4)2晶体通光面设计为圆形或方形，直径或边长为1-15mm，通光方向厚度可以根据需要设计，1-100mm为宜。
KLu(WO4)2晶体的受激拉曼光谱研究表明该类晶体存在很强的拉曼增益，是一类性能十分优良的拉曼激光晶体。这类晶体WO6分子的振动导致768cm-1与907cm-1附近的拉曼频移峰。它们的自发拉曼散射谱有较高的积分截面∑int和较宽的拉曼线宽，而峰值强度∑peak较低，因而暂态拉曼增益系数高而稳态拉曼增益系数低，泵浦脉冲应偏重皮秒量级或更短脉宽。激光具有输出功率高、稳定性好、转换效率高、光束质量好的特点。
选用合适的激光腔镜，利用半导体激光器(LD)或其他类型激光器端面泵浦激光晶体输出固体激光，本发明的拉曼晶体器件可以在晶体上镀适用的膜，也可以不镀膜。
本发明的自拉曼晶体器件作为频移晶体器件的应用
(1)用激光二极管侧面或端面直接泵浦Nd:KLu(WO4)2晶体器件产生1.06微米激光，产生的激光通过电光调Q、声光调Q或被动调Q元器件形成脉冲激光，脉冲激光再通过自拉曼晶体Nd:KLu(WO4)2产生1.18微米的拉曼激光，再通过非线性光学晶体倍频效应产生0.59微米黄光激光；
或者
(2)用激光二极管侧面或端面泵浦Yb:KLu(WO4)2晶体产生1.03微米激光，通过电光调Q、声光调Q或被动调Q元器件形成脉冲激光，脉冲激光再通过自拉曼Yb:KLu(WO4)2晶体产生1.11微米的拉曼激光，通过非线性光学晶体倍频效应产生0.55微米黄光激光；
或者
(3)用激光二极管侧面或端面直接泵浦Nd:KLu(WO4)2晶体产生1.3微米激光，通过电光调Q、声光调Q或被动调Q元器件形成脉冲激光，脉冲激光再通过自拉曼Nd:KLu(WO4)2晶体产生1.5微米的人眼安全拉曼激光。形成的自拉曼激光再通过非线性光学晶体的倍频可以得到可见激光黄光。
本发明的优良效果如下：
1、采用助熔剂法的顶部籽晶技术，可以获得较大尺寸、高质量的自拉曼晶体材料。
2、本发明的自拉曼晶体器件具有拉曼增益系数大、受激发射截面大、激光输出的量子效率高的特点，在激光技术领域用广泛地应用。
3、本发明方法制作的自拉曼激光器与普通拉曼激光器相比，提高了系统的稳定性和结构的紧凑性，具有简单、紧凑、阈值低、输出功率高、稳定性好、转换效率高、光束质量好、操作简单、成本低，以及便于工业化的大批量制造等特点。
附图说明
图1是本发明的RE:KLu(WO4)2晶体激光器光路结构示意图。其中：1.LD泵浦源，2.耦合透镜，3.调Q装置，4.RE:Klu(WO4)2晶体，M1激光腔输入镜，M2激光腔输出镜，M3二色镜。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，其中实施例1为自拉曼晶体的制备，实施例2-25是用稀土离子掺杂的RE:KLu(WO4)2系列晶体器件产生自拉曼激光的实例。这些实施例仅用于说明本发明，并不限于此。
实施例1：RE1-x:KLux(WO4)2晶体的制备。
使用WO3、KCO3、Lu2O3和RE2O3为初始原料，根据化学方程式：
K2CO3+2WO3→K2W2O7+CO2↑
K2CO3+4WO3+xLu2O3+(1-x)RE2O3→2RE1-x:KLux(WO4)2+CO2
其中RE＝Nd，Yb，Ho或Tm。X＝90at％-99.95at％。
将按摩尔比配置的原料放置到白金坩埚中，在1060℃的温度下熔化10小时，并且保温两天，使原料充分熔化。为了使熔液充分熔化和混合均匀，搅拌12h。采用籽晶试探法测定溶液的饱和点温度，在高于饱和点温度3℃时将籽晶下入液面下方3mm，采用的c方向籽晶生长KLuW系列晶体，生长结束后将晶体提离液面，然后以4℃/h的速率降温，当降到200℃时，让其自然冷却至室温，降温过程大概为5～6天。单斜双钨酸盐的各向异性很强，所以一定要缓慢降温，防止晶体开裂。
然后根据需要对生长的晶体进行加工、抛光。切割方向都沿晶轴b轴或沿c轴。
实施例2：Nd:KLu(WO4)2晶体器件及自拉曼激光的实现
将Nd:KLu(WO4)2晶体通光面设计为圆形，晶体样品尺寸Ф3×10mm。直径为3mm，通光方向厚度10mm。
LD泵浦Nd:KLu(WO4)2晶体器件实现1.3微米的激光输出，通过LiNbO3进行电光调Q，再通过Nd:KLu(WO4)2晶体实现1.5微米人眼安全的激光输出。
实施例3：晶体器件与实施例2的晶体器件相同。
LD泵浦Nd:KLu(WO4)2晶体器件实现1.3微米的激光输出，通过DKDP进行电光调Q，再通过Nd:KLu(WO4)2晶体实现1.5微米人眼安全的激光输出。
实施例4：晶体器件与实施例2的晶体器件相同。
LD泵浦Nd:KLu(WO4)2晶体器件实现1.3微米的激光输出，通过BBO进行电光调Q，再通过Nd:KLu(WO4)2晶体实现1.5微米人眼安全的激光输出。
实施例5：晶体器件与实施例2的晶体器件相同。
LD泵浦Nd:KLu(WO4)2晶体器件实现1.3微米的激光输出，通过LGS进行电光调Q，再通过Nd:KLu(WO4)2晶体实现1.5微米人眼安全的激光输出。
实施例6：晶体器件与实施例2的晶体器件相同。
LD泵浦Nd:KLu(WO4)2晶体器件实现1.06微米的激光输出，通过LiNbO3进行电光调Q，再通过Nd:KLu(WO4)2晶体实现1.18微米的激光输出。
实施例7：晶体器件与实施例2的晶体器件相同。
LD泵浦Nd:KLu(WO4)2晶体器件实现1.06微米的激光输出，通过DKDP进行电光调Q，再通过Nd:KLu(WO4)2晶体实现1.18微米的激光输出。
实施例8：晶体器件与实施例2的晶体器件相同。
LD泵浦Nd:KLu(WO4)2晶体器件实现1.06微米的激光输出，通过BBO进行电光调Q，再通过Nd:KLu(WO4)2晶体实现1.18微米的激光输出。
实施例9：晶体器件与实施例2的晶体器件相同。
LD泵浦Nd:KLu(WO4)2晶体器件实现1.06微米的激光输出，通过LGS进行电光调Q，再通过Nd:KLu(WO4)2晶体实现1.18微米的激光输出。
实施例10：晶体器件与实施例2的晶体器件相同。
LD泵浦Nd:KLu(WO4)2晶体器件实现1.06微米的激光输出，通过Cr:YAG进行电光调Q，再通过Nd:KLu(WO4)2晶体实现1.18微米的激光输出。
实施例11：Yb:KLu(WO4)2晶体器件及自拉曼激光的实现
将Yb:KLu(WO4)2晶体通光面设计为方形，尺寸为3×3×5mm，通光方向厚度为5mm。
LD泵浦Yb:KLu(WO4)2晶体器件实现1.03微米的激光输出，通过LiNbO3进行电光调Q，再通过Yb:KLu(WO4)2晶体实现1.11微米的自拉曼激光输出。
实施例12：晶体器件与实施例11的晶体器件相同。
LD泵浦Yb:KLu(WO4)2晶体器件实现1.03微米的激光输出，通过DKDP进行电光调Q，再通过Yb:KLu(WO4)2晶体实现1.11微米的自拉曼激光输出。
实施例13：晶体器件与实施例11的晶体器件相同。
LD泵浦Yb:KLu(WO4)2晶体器件实现1.03微米的激光输出，通过BBO进行电光调Q，再通过Yb:KLu(WO4)2晶体实现1.11微米的自拉曼激光输出。
实施例14：晶体器件与实施例11的晶体器件相同。
LD泵浦Yb:KLu(WO4)2晶体器件实现1.03微米的激光输出，通过LGS进行电光调Q，再通过Yb:KLu(WO4)2晶体实现1.11微米的自拉曼激光输出。
实施例15：晶体器件与实施例11的晶体器件相同。
LD泵浦Yb:KLu(WO4)2晶体器件实现1.03微米的激光输出，通过Cr:YAG进行电光调Q，再通Yb:KLu(WO4)2过晶体实现1.11微米的自拉曼激光输出。
实施例16：晶体器件与实施例2的晶体器件相同。
LD泵浦Nd:KLu(WO4)2晶体器件实现1.06微米的激光输出，通过LiNbO3进行电光调Q，通过Nd:KLu(WO4)2晶体实现1.18微米的激光输出，通过非线性光学晶体KTP(或LBO，或BBO，或BiBO)进行倍频，获得0.59微米黄光输出。
实施例17：晶体器件与实施例2的晶体器件相同。LD泵浦Nd:KLu(WO4)2晶体器件实现1.06微米的激光输出，通过DKDP进行电光调Q，通过Nd:KLu(WO4)2晶体实现1.18微米的激光输出，通过非线性光学晶体KTP(或LBO，或BBO，或BiBO)进行倍频，获得0.59微米黄光输出。
实施例18：晶体器件与实施例2的晶体器件相同。
LD泵浦Nd:KLu(WO4)2晶体器件实现1.06微米的激光输出，通过BBO进行电光调Q，通过Nd:KLu(WO4)2晶体实现1.18微米的激光输出，通过非线性光学晶体KTP(或LBO，或BBO，或BiBO)进行倍频，获得0.59微米黄光输出。
实施例19：晶体器件与实施例2的晶体器件相同。
LD泵浦Nd:KLu(WO4)2晶体器件实现1.06微米的激光输出，通过LGS进行电光调Q，通过Nd:KLu(WO4)2晶体实现1.18微米的激光输出，通过非线性光学晶体KTP(或LBO，或BBO，或BiBO)进行倍频，获得0.59微米黄光输出。
实施例20：晶体器件与实施例2的晶体器件相同。
LD泵浦Nd:KLu(WO4)2晶体器件实现1.06微米的激光输出，通过Cr:YAG进行电光调Q，通过Nd:KLu(WO4)2晶体实现1.18微米的激光输出，通过非线性光学晶体KTP(或LBO，或BBO，或BiBO)进行倍频，获得0.59微米黄光输出。
实施例21：晶体器件与实施例11的晶体器件相同。
LD泵浦Yb:KLu(WO4)2晶体器件实现1.03微米的激光输出，通过LiNbO3进行电光调Q，通过晶体实现1.11微米的自拉曼激光输出，通过非线性光学晶体KTP(或LBO，或BBO，或BiBO)进行倍频，获得0.55微米黄光输出。
实施例22：晶体器件与实施例11的晶体器件相同。
LD泵浦Yb:KLu(WO4)2晶体器件实现1.03微米的激光输出，通过DKDP进行电光调Q，通过Yb:KLu(WO4)2晶体实现1.11微米的自拉曼激光输出，通过非线性光学晶体KTP(或LBO，或BBO，或BiBO)进行倍频，获得0.55微米黄光输出。
实施例23：晶体器件与实施例11的晶体器件相同。
LD泵浦Yb:KLu(WO4)2晶体器件实现1.03微米的激光输出，通过BBO进行电光调Q，通过Yb:KLu(WO4)2晶体实现1.11微米的自拉曼激光输出，通过非线性光学晶体KTP(或LBO，或BBO，或BiBO)进行倍频，获得0.55微米黄光输出。
实施例24：晶体器件与实施例11的晶体器件相同。
LD泵浦Yb:KLu(WO4)2晶体器件实现1.06微米的激光输出，通过LGS进行电光调Q，通过Yb:KLu(WO4)2晶体实现1.11微米的自拉曼激光输出，通过非线性光学晶体KTP(或LBO，或BBO，或BiBO)进行倍频，获得0.55微米黄光输出。
实施例25：晶体器件与实施例11的晶体器件相同。
LD泵浦Yb:KLu(WO4)2晶体器件实现1.06微米的激光输出，通过Cr:YAG进行电光调Q，通Yb:KLu(WO4)2过晶体实现1.11微米的自拉曼激光输出，通过非线性光学晶体KTP(或LBO，或BBO，或BiBO)进行倍频，获得0.55微米黄光输出。
Claims (5)
1.自拉曼晶体，其特征在于具有通式如下：
RE1-x:KLux(WO4)2，其中，RE为Nd，Yb，Ho或Tm，及其它激活稀土离子；
X＝90at％-99.95at％。
2.权利要求1所述拉曼晶体作为激光晶体器件的应用，晶体通光面设计为圆形或方形，直径或边长为1-15mm，通光方向厚度1-100mm。
3.如权利要求4所述拉曼晶体作为激光晶体器件的应用，其特征在于，用激光二极管侧面或端面直接泵浦Nd:KLu(WO4)2晶体器件产生1.06微米激光，产生的激光通过电光调Q、声光调Q或被动调Q元器件形成脉冲激光，脉冲激光再通过自拉曼晶体Nd:KLu(WO4)2产生1.18微米的拉曼激光，再通过非线性光学晶体倍频效应产生0.59微米黄光激光。
4..如权利要求4所述拉曼晶体作为激光晶体器件的应用，其特征在于，用激光二极管侧面或端面泵浦Yb:KLu(WO4)2晶体产生1.03微米激光，通过电光调Q、声光调Q或被动调Q元器件形成脉冲激光，脉冲激光再通过自拉曼Yb:KLu(WO4)2晶体产生1.11微米的拉曼激光，通过非线性光学晶体倍频效应产生0.55微米黄光激光。
5.如权利要求4所述拉曼晶体作为激光晶体器件的应用，其特征在于，用激光二极管侧面或端面直接泵浦Nd:KLu(WO4)2晶体产生1.3微米激光，通过电光调Q、声光调Q或被动调Q元器件形成脉冲激光，脉冲激光再通过自拉曼Nd:KLu(WO4)2晶体产生1.5微米的人眼安全拉曼激光；形成的自拉曼激光再通过非线性光学晶体的倍频可以得到可见激光黄光。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20081210 |