CN101676448B - 掺铒钼酸锂钡钇激光晶体及其制备方法和用途 - Google Patents

掺铒钼酸锂钡钇激光晶体及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及激光晶体掺铒钼酸锂钡钇及其制备方法和用途。该方法采用60～80at％Li2MoO4为助熔剂，降温速率为0.5～2℃/天，转速为5～30转/分钟，生长出了高质量、较大尺寸的Er3+：Li3Ba2Y3(MoO4)8晶体.该晶体属单斜晶系，具有C2/c空间群结构。该晶体是一种新型的激光晶体，可产生1500nm左右波长的激光输出。

Description

掺铒钼酸锂钡钇激光晶体及其制备方法和用途
技术领域
掺铒钼酸锂钡钇激光晶体及其制备方法和用途，它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
激光晶体是固体激光器的工作物质，它是指以晶体为基质，通过分立的发光中心吸收泵浦光能量并将其转化为激光输出的发光材料。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、大尺寸并适合于LD泵浦的优质激光晶体材料。Er3+离子的能级丰富，发射波长从可见到近红外共有九个跃迁通道，其中1.5μm和3.0μm两个波段的激光发射分别对应4I13/2→4I15/2和4I11/2→4I15/2能级之间的跃迁。1.5μm激光对人眼安全，人体细胞组织对3.0μm激光强烈吸收，因此以Er3+离子为激活离子的激光晶体在通讯和医疗等领域应用前景广阔。
发明内容
本发明的目的就在于研制一种新的激光晶体Er3+:Li3Ba2Y3(MoO4)8，能够直接使用闪光灯和LD泵浦的，具有较高转换效率的激光晶体材料。Er3+:Li3Ba2Y3(MoO4)8晶体属于单斜晶系，具有C2/c空间群结构。其中铒离子是作为掺杂离子，取代钇离子的晶格位置，铒的掺杂浓度在3at.％左右时，荧光寿命(τ)为5～7ms，其荧光寿命是铒离子浓度的函数，可根据不同的需要掺入不同浓度的铒离子。实验结果表明其可输出1500nm左右波长的激光，可作为激光晶体。
掺铒钼酸锂钡钇激光晶体及其制备方法：我们经过实验找到了生长Er3+：Li3Ba2Y3(MoO4)8晶体的较理想的助熔剂：Li2MoO4，以及最佳的生长条件，并生长出了高质量的晶体Er3+:Li3Ba2Y3(MoO4)8(见实施例1)。
具体的化学反应式如下：
3Li2CO3+4BaCO3+3Y2O3+16MoO3＝2Li3Ba2Y3(MoO4)8+7CO2↑
Li2CO3+MoO3＝Li2MoO4+CO2↑
所用的原料纯度及厂家如下：
 
药品名 纯度 厂家
Er2O3 99.999％ 中科院长春应用化学研究所
Y2O3 99.999％ 中科院长春应用化学研究所
Li2CO3 99.9％ 国药集团试剂有限公司
BaCO3 99.99％ 国药集团试剂有限公司
MoO3 99.99％ 中国医药集团上海化学试剂公司
助熔剂方法生长掺铒钼酸锂钡钇激光晶体，其主要生长条件如下：所用助熔剂为Li2MoO4，助熔剂总的浓度控制在60～80at％之间，生长温度在750～900℃之间，降温速率为0.5～2℃/天，晶体转速为5～30rpm。
将生长出的Er3+:Li3Ba2Y3(MoO4)8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，其属于单斜晶系，具有C2/c空间群结构，晶胞参数为
Figure G2008100717856D00031
Figure G2008100717856D00032
Figure G2008100717856D00033
β＝91.227°
Figure G2008100717856D00034
Dc＝4.861g/cm3。
将生长出的Er3+:Li3Ba2Y3(MoO4)8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：掺3.5at.％Er3+离子的Er3+:Li3Ba2Y3(MoO4)8晶体在980nm处有吸收，吸收系数为1.20cm-1，吸收截面0.7×10-20cm2，可以用InGaAsLD作为泵浦源。另外，其在波长1500nm附近有强的荧光发射峰，在1535nm处发射跃迁截面为0.93×10-20cm2，荧光寿命为7.02ms，因为荧光寿命长的晶体能在上能级积累更多的粒子，增加了储能，有利于器件输出功率和输出能量的提高。因此，Er3+:Li3Ba2Y3(MoO4)8晶体能得到较大功率的激光输出，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。
从上所述可见，本发明的掺铒钼酸锂钡钇激光晶体，具有能够用熔盐法非常容易地生长出质量优良的晶体，生长工艺稳定，具有良好的导热性能，有优良的光学特性，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1500nm左右，该晶体可作为一种较好的激光晶体。该晶体用于固体激光器中作为激光工作物质，产生1500nm波长的激光输出。
具体实施方式
实现本发明的实验优选方式如下：
实施例1：以Li2MoO4为助熔剂生长生长掺杂浓度为4at.％Er3+的Er3+：Li3Ba2Y3(MoO4)8激光晶体。
生长原料为Li3Ba2Y3(MoO4)8:Li2MoO4＝1：5(摩尔比)，掺入4at％的Er3+离子。采用熔盐顶部籽晶法，在φ60×50mm铂坩锅中，生长温度为750～900℃之间，以1℃/天的降温速率，10转/分钟的晶体转速，生长出了尺寸为25×30×10mm3的高质量的Er3+:Li3Ba2Y3(MoO4)8晶体。经ICP(等离子发射光谱)分析表明晶体中Er3+离子含量3.5at％。

Claims (3)

1.一种掺铒钼酸锂钡钇激光晶体，其特征在于：该晶体的分子式为Er3+：Li3Ba2Y3(MoO4)8，属于单斜晶系，具有C2/c空间群，晶胞参数为 
Figure FSB00000788179200012
Figure FSB00000788179200013
β＝91.227° 
Figure FSB00000788179200014
Dc＝4.861g/cm3，Er3+离子作为激光激活离子，掺杂于晶体中，取代晶体中Y3+离子的晶格位置，其掺杂浓度在0.5at-10at％之间。
2.一种权利要求1的掺铒钼酸锂钡钇激光晶体的制备方法，其特征在于：该晶体采用熔盐顶部籽晶法生长，所用助熔剂为Li2MoO4，浓度控制在60at～80at％之间，生长温度在750～900℃之间，降温速率为0.5～2℃/天，晶体转速为5～30rpm。
3.一种权利要求1的掺铒钼酸锂钡钇激光晶体的用途，其特征在于：该晶体用于固体激光器中作为激光工作物质，产生1500nm波长的激光输出。 
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