CN101768778A - 自激活晶体磷酸钕及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自激活晶体磷酸钕及其制备方法。以氧化钕及NH4H2PO4为原料，以碳酸锂-氧化钼作助熔剂，溶质浓度为20％，采用助熔剂生长法制备，所得磷酸钕晶体为单斜晶系，空间群为P21/n，晶胞参数为a＝6.7416，b＝6.9565，c＝6.4086。本发明制备的磷酸钕晶体可以作为激光工作物质，用以产生1060nm和1339nm的激光输出，由于晶体本身具有很高的激活离子浓度可以制作微片激光器，用于医疗、科研、军事等领域。

Description

自激活晶体磷酸钕及其制备方法
(一)技术领域
本发明涉及光电子材料技术领域的磷酸钕(NdPO4)晶体及其生长方法。
(二)背景技术
半导体激光器泵浦的固体激光器(diode-pumped solid-state lasers，DPSSL)在工业生产、科学研究、医疗、军事(国防)等多方面有广泛应用，近年来已成为固体激光器研究和发展的主流。在DPSSL技术中，激光晶体的优劣对激光器整体性能有着决定性影响。探索性能更加优良的激光晶体是继续发展DPSSL技术十分基础和必要的工作，对于提高激光器性能具有重要意义，是固体激光器领域的重要研究内容之一。
目前，全固态激光器的正向微型化方向发展，意在利用微片全固态激光器(Microchip-type solid state laser)实现小体积、高密度、中小功率激光输出。实现这一目标的关键在于高效率、高光学质量、高热机械性能、高损伤阈值激光材料的研究和应用。
自激活激光晶体，它的激活离子不是作为杂质掺入基质晶体中，其本身就是晶体中一种化学计量比的组分，因此，自激活晶体具有高激活离子浓度激光材料，如大发射截面、长上能级寿命的，可用于发展小型高功率固体激光，满足国家应用发展的需要等，是目前科研人员致力研究的一个热点。一直以来，自激活晶体虽然不少，但是由于晶体本身固有的一些缺陷存在影响了它们的应用。
(三)发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种自激活激光晶体磷酸钕，可以直接使用闪光灯或LD泵浦，具有较高的转换效率。
本发明还提供一种自激活激光晶体磷酸钕的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种自激活激光晶体磷酸钕，分子式为NdPO4，是按如下化学方程式反应生成：
Nd2O3+2NH4H2PO4＝2NdPO4+2NH3↑+3H2O↑
以氧化钕和磷酸二氢铵为原料，以碳酸锂和氧化钼作助熔剂，采用助熔剂生长法制得，所得磷酸钕晶体为单斜晶系，空间群为P21/n，晶胞参数为a＝6.7416
Figure GSA00000034250600011
，b＝6.9565
Figure GSA00000034250600012
，c＝6.4086
Figure GSA00000034250600013
。
本发明的自激活激光晶体磷酸钕的制备方法，步骤如下：
(1)以2N-5N氧化钕和2N-5N磷酸二氢铵为原料，氧化钕与磷酸二氢铵摩尔比为1∶2；以碳酸锂和氧化钼作助熔剂，其中碳酸锂与氧化钼的摩尔比为1∶2或1∶3，控制溶质浓度为10-50wt％，混合均匀后放入铂金坩埚中；
(2)将铂金坩埚置于生长炉中，升温至1000℃化料，再升温至1010-1050℃，恒温24-34小时，物料充分熔化后进行搅拌；在高于熔液饱和点温度10-20℃时，将籽晶引入生长炉，先置于液面上方充分预热后再下入溶液中，待籽晶开始熔化时，将熔液温度降至饱和点以上1-2℃，以30-40转/每分钟的旋转速率，按正转-停-反转的循环方式旋转籽晶4小时，开始降温，降温速率按晶体生长的初期、中期、后期分段控制，初期、中期、后期每一期间各是14-16天，在生长初期为0.1-0.5℃/天，生长中期为0.5-1℃/天，生长后期为1-2℃/天，生长周期为42-48天；
(3)生长结束后，从熔液中提出晶体，以40℃/小时的降温速率降至100℃，然后自然冷却至室温。获得到了晶形完整的厘米级NdPO4晶体。
上述步骤(2)的籽晶是磷酸钕小晶体，尺寸为0.1～0.2×0.1～0.2×0.1～0.2(单位cm)。
上述本发明的自激活磷酸钕晶体，具有很高的激活离子浓度，Nd3+即是激活离子又是晶体本身化学计量比成分，该晶体可以用做闪光灯或二极管(LD)泵浦的激光工作物质，用于产生1060nm或1339nm的激光输出。
本发明的优良效果：
1、本发明提供了一种不同于现有技术的自激活激光晶体磷酸钕，可以直接使用闪光灯或LD泵浦，具有较高的转换效率，是一种可以实现微片激光运转的自激活激光晶体。
2、由于磷酸钕晶体本身具有很高的激活离子浓度可以制作微片激光器，用于医疗、科研、军事等领域。
(四)附图说明
图1是采用本发明方法生长NdPO4晶体的装置结构示意图。其中，1、转动装置，2、籽晶杆，3、耐火砖，4、炉管，5、电阻丝，6、保温材料，7、铂金坩埚，8、熔液，9、氧化铝坩埚，10、热电耦。
图2是实施例1生长的NdPO4晶体的XRD谱图。
(五)具体实施方式
图1给出了采用本发明方法生长NdPO4晶体的装置结构示意图。该装置为一立式电阻丝加热炉，籽晶杆2伸入熔液8内，在转动装置1的带动下转动，炉管4内设有耐火砖3，电阻丝5绕在炉管4外壁，其外层为保温材料6。控温设备为FP21型可编程自动控温仪，在生长温度区域内控温精度为0.1％。育晶器7置入氧化铝坩埚9中，为70×90mm的铂金坩埚，可以承受1774℃以下的工作温度，所盛熔体不易对其造成腐蚀。热电耦10采用PtRh/Pt，可以有效控制生长温度。
实施例1
选用碳酸锂-氧化钼(Li2CO3-MoO3)作助熔剂，原料4N的Nd2O3、4N的NH4H2PO4，将上述各组份严格称量，按磷酸二氢铵∶氧化钕∶碳酸锂∶氧化钼＝1∶1.46∶1.78∶6.92质量比混合均匀放入铂金坩埚中，升温至1000℃化料。
化学反应方程式为：Nd2O3+2NH4H2PO4＝2NdPO4+2NH3↑+3H2O↑
助熔剂体系反应方程式为：Li2CO3+2MoO3＝Li2Mo2O7+CO2↑
升温至1050℃，恒温28小时，确保物料充分熔化后进行搅拌，使熔液充分混和均匀。用籽晶试探法测定溶液饱和点温度，选用无缺陷的磷酸钕籽晶，在高于溶液饱和点温度10℃时，将籽晶引入生长炉，先置液面上方适当位置充分预热后在下入熔液中，然后将温度降至饱和点以上1℃，以30转/每分钟的旋转速率，按照正转-停-反转的循环方式旋转，4小时后开始降温，降温速率随晶体的生长期而不断加快，生长初期第一个15天的降温速率为0.1-0.5℃/天，生长中期第二个15天为0.5-1℃/天，后期第三个15天的1-2℃/天，生长周期为45天；生长结束后，从熔液中提出晶体，以40℃/小时的降温速率降至100℃后，让其自然冷却至室温。获得到了晶形完整的1立方厘米的NdPO4晶体，其晶体结构参数：空间群为P21/n，晶胞参数为a＝6.7416
Figure GSA00000034250600031
，b＝6.9565
Figure GSA00000034250600032
，c＝6.4086
Figure GSA00000034250600033
，单斜晶系。
实施例2
选用碳酸锂—氧化钼(Li2CO3-MoO3)作助熔剂，原料为2N-5N的Nd2O3、NH4H2PO4，将上述各组份严格称量，按磷酸二氢铵∶氧化钕∶碳酸锂∶氧化钼＝1∶1.46∶1.78∶10.37质量比，混合均匀放入铂金坩埚中，升温至1000℃化料。
化学反应方程式为：Nd2O3+2NH4H2PO4＝2NdPO4+2NH3↑+3H2O↑
助熔剂体系反应方程式为：Li2CO3+3MoO3→Li2Mo3O10+CO2
升温至1030℃，恒温30小时，物料充分熔化后进行搅拌，使熔液充分混和均匀。用籽晶试探法测定溶液饱和点温度，选用质量较好的籽晶生长，在高于溶液饱和点温度12℃时，将籽晶引入生长炉，置液面上方适当位置充分预热后下入溶液，然后将温度降至饱和点以上1.5℃，以35转/每分钟的旋转速率，按照正转-停-反转的循环方式旋转，4小时后开始降温，降温速率随晶体的生长期而不断加快，生长初期15天内的降温速率为0.1-0.5℃/天，生长中期的16天内为0.5-1℃/天，生长后期的16天内的1-2℃/天，生长周期为47天；获得到了晶形完整的NdPO4晶体，尺寸为1×1.1×1.2(厘米)，晶体结构参数同实施例1。

Claims (3)

1.一种自激活激光晶体磷酸钕，分子式为NdPO4，是以氧化钕和磷酸二氢铵为原料，以碳酸锂和氧化钼作助熔剂，采用助熔剂生长法制得，所得磷酸钕晶体为单斜晶系，空间群为P21/n，晶胞参数为a＝6.7416
Figure FSA00000034250500011
，b＝6.9565
Figure FSA00000034250500012
，c＝6.4086
Figure FSA00000034250500013
。
2.本发明的自激活激光晶体磷酸钕的制备方法，步骤如下：
(1)以2N-5N氧化钕和2N-5N磷酸二氢铵为原料，氧化钕与磷酸二氢铵摩尔比为1∶2；以碳酸锂和氧化钼作助熔剂，其中碳酸锂与氧化钼的摩尔比为1∶2或1∶3，控制溶质浓度为10-50wt％，混合均匀后放入铂金坩埚中；
(2)将铂金坩埚置于生长炉中，升温至1000℃化料，再升温至1010-1050℃，恒温24-34小时，物料充分熔化后进行搅拌；在高于熔液饱和点温度10-20℃时，将籽晶引入生长炉，先置于液面上方充分预热后再下入溶液中，待籽晶开始熔化时，将熔液温度降至饱和点以上1-2℃，以30-40转/每分钟的旋转速率，按正转-停-反转的循环方式旋转籽晶4小时，开始降温，降温速率按晶体生长的初期、中期、后期分段控制，初期、中期、后期每一期间各是14-16天，在生长初期为0.1-0.5℃/天，生长中期为0.5-1℃/天，生长后期为1-2℃/天，生长周期为42-48天；
(3)生长结束后，从熔液中提出晶体，以40℃/小时的降温速率降至100℃，然后自然冷却至室温，得厘米级NdPO4晶体。
3.权利要求1所述自激活磷酸钕晶体的用途，其特征在于该晶体用做闪光灯或二极管泵浦的激光工作物质，用于产生1060nm和1339nm的激光输出。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102912435A (zh) * 2012-09-14 2013-02-06 山东大学 一种自激活激光晶体磷酸三钕的制备方法
CN103556214A (zh) * 2013-11-15 2014-02-05 青岛大学 一种稀土磷酸镥激光基质晶体的生长方法
CN103898605A (zh) * 2014-03-17 2014-07-02 山东大学 一种用于锂电池材料的磷酸锂晶体的制备方法
CN105603524A (zh) * 2014-11-19 2016-05-25 中国科学院新疆理化技术研究所 磷酸钇系列激光晶体及其制备方法和用途
CN109295497A (zh) * 2017-07-24 2019-02-01 中国科学院福建物质结构研究所 一种磷酸钆晶体及其生长方法和用途
CN111908439A (zh) * 2020-07-17 2020-11-10 南昌航空大学 一种制备二水合磷酸钕棒状纳米晶的方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4124524A (en) * 1973-08-21 1978-11-07 Max-Planck-Gesellschaft Zur Forderung Der Wissenschaften E.V. Neodymium ultraphosphates and process for their preparation
US4470922A (en) * 1982-11-12 1984-09-11 Denker Boris I Phosphate neodymium glass for laser use
CN101318140B (zh) * 2008-07-22 2010-09-01 中国科学院长春应用化学研究所 一种稀土焦磷酸盐的应用

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102912435A (zh) * 2012-09-14 2013-02-06 山东大学 一种自激活激光晶体磷酸三钕的制备方法
CN102912435B (zh) * 2012-09-14 2015-06-10 山东大学 一种自激活激光晶体磷酸三钕的制备方法
CN103556214A (zh) * 2013-11-15 2014-02-05 青岛大学 一种稀土磷酸镥激光基质晶体的生长方法
CN103556214B (zh) * 2013-11-15 2015-11-04 青岛大学 一种稀土磷酸镥激光基质晶体的生长方法
CN103898605A (zh) * 2014-03-17 2014-07-02 山东大学 一种用于锂电池材料的磷酸锂晶体的制备方法
CN103898605B (zh) * 2014-03-17 2016-05-25 山东大学 一种用于锂电池材料的磷酸锂晶体的制备方法
CN105603524A (zh) * 2014-11-19 2016-05-25 中国科学院新疆理化技术研究所 磷酸钇系列激光晶体及其制备方法和用途
CN109295497A (zh) * 2017-07-24 2019-02-01 中国科学院福建物质结构研究所 一种磷酸钆晶体及其生长方法和用途
CN111908439A (zh) * 2020-07-17 2020-11-10 南昌航空大学 一种制备二水合磷酸钕棒状纳米晶的方法
CN111908439B (zh) * 2020-07-17 2023-04-18 南昌航空大学 一种制备二水合磷酸钕棒状纳米晶的方法

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