CN102191551A - 掺钕钼酸钾钡钆激光晶体及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及人工晶体领域，特别是涉及一种激光晶体掺钕钼酸钾钡钆Nd3+:KBaGd(MoO4)3及其制备方法和用途。该方法采用50～75at％K2Mo2O7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Nd3+:KBaGd(MoO4)3晶体。该晶体是一种新型的激光晶体，可产生1.06和0.9μm左右波长的激光输出。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

掺钕钼酸钾钡钆激光晶体及其制备方法和用途
技术领域
掺钕钼酸钾钡钆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。掺钕钼酸钾钡钆激光晶体及其制备方法和用途，其发明的目的就在于研制一种新的激光晶体，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。
发明内容
本发明的目的就在于研制一种新的激光晶体Nd3+:KBaGd(MoO4)3，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。
本发明采用的技术方案为：
1.一种掺钕钼酸钾钡钆激光晶体，其特征在于：该晶体的分子式为KBaGd(MoO4)3，熔点为1207℃；该晶体中，Nd3+离子作为激光激活离子，掺杂于晶体中，取代晶体中Gd3+离子的晶格位置，其掺杂浓度在0.5at.-15at.％之间。
2.一种项1所述的掺钕钼酸钾钡钆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K2Mo2O7，K2Mo2O7和KBaGd(MoO4)3的摩尔比例控制在50at～75at％之间，生长温度在800～1020℃之间，降温速率为0.5～2℃/天，晶体转速为5～30rpm。
3.一种项1所述的掺钕钼酸钾钡钆激光晶体的用途，其特征在于：该晶体用于固体激光器中作为激光工作物质，使用闪光灯或激光二极管作为泵浦源，激发产生1.06和0.9μm左右波长的激光输出。
4.如项1所述的掺钕钼酸钾钡钆激光晶体的用途，其特征在于：用该晶体制成的固体激光器用于光谱学、生物医学、军事等诸多领域中。
该晶体中钕离子是作为掺杂离子，取代钆离子的晶格位置，钕的掺杂浓度在0.5at.％～15at.％之间，荧光寿命(τ)为0.1～0.2ms，其荧光寿命是钕离子浓度的函数，可根据不同的需要掺入不同浓度的钕离子。实验结果表明其可输出1.06和0.9μm左右波长的激光，可作为激光晶体。
掺钕钼酸钾钡钆激光晶体及其制备方法：我们经过实验找到了生长Nd3+:KBaGd(MoO4)3晶体的较理想的助熔剂：K2Mo2O7，以及最佳的生长条件，并生长出了高质量的晶体Nd3+:KBaGd(MoO4)3(见实施例1)。
具体的化学反应式如下：
K2CO3+2BaCO3+Gd2O3+6MoO3＝2KBaGd(MoO4)3+3CO2↑
K2CO3+2MoO3＝K2Mo2O7+CO2↑
所用的原料纯度及厂家如下：
  药品名   纯度   厂家
  Nd2O3   99.999％   中科院长春应用化学研究所
  Gd2O3   99.999％   中科院长春应用化学研究所
  K2CO3   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
助熔剂方法生长掺钕钼酸钾钡钆激光晶体，其主要生长条件如下：所用助熔剂为K2Mo2O7，原料按K2Mo2O7与KBaGd(MoO4)3的摩尔比在50～75at％之间的比例合成，生长温度在800～1020℃之间，降温速率为0.5～2℃/天，晶体转速为5～30rpm。Nd3+离子作为激光激活离子，掺杂于晶体中，取代晶体中Gd3+离子的晶格位置。
生长出的Nd3+:KBaGd(MoO4)3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2.4at.％Nd3+离子的Nd3+:KBaGd(MoO4)3晶体的主吸收峰在804nm，其半峰宽为9nm，吸收跃迁截面为11.1×10-20cm2，在804nm处较大的半峰宽非常适合于采用AsGaAl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。其在850nm-1400nm波段有三个非常宽的发射带，其中峰中心在1069nm处，发射峰的半峰宽(FWHM)为30nm，发射截面为5.17×10-20cm2，914nm处的半峰宽为76nm，发射截面为5.1×10-21cm2，荧光寿命均为0.141ms，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，Nd3+:KBaGd(MoO4)3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。
Nd3+:KBaGd(MoO4)3晶体可用熔盐法非常容易地生长出质量优良的晶体，生长速度快，晶体质地坚硬，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1.06和0.9μm左右，该晶体可作为一种较好的激光晶体。
具体实施方式
实现本发明的实验优选方式如下：
实施例1：熔盐生长掺杂浓度为3.0at.％Nd3+的Nd3+:KBaGd(MoO4)3激光晶体。
生长原料为：KBaGd(MoO4)3∶K2Mo2O7＝1∶1(摩尔比)，掺入3.0at％的Nd3+离子。采用熔盐顶部籽晶法，在φ60×50mm铂坩锅中，生长温度为1020→980℃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25×24×6mm3的高质量的Nd3+:KBaGd(MoO4)3晶体。经ICP(等离子发射光谱)分析表明晶体中Nd3+离子含量2.4at％。

Claims (4)

1.一种掺钕钼酸钾钡钆激光晶体，其特征在于：该晶体的分子式为KBaGd(MoO4)3，熔点为1207℃；该晶体中，Nd3+离子作为激光激活离子，掺杂于晶体中，取代晶体中Gd3+离子的晶格位置，其掺杂浓度在0.5at.-15at.％之间。
2.一种权利要求1所述的掺钕钼酸钾钡钆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K2Mo2O7，K2Mo2O7和KBaGd(MoO4)3的摩尔比例控制在50at～75at％之间，生长温度在800～1020℃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所述的掺钕钼酸钾钡钆激光晶体的用途，其特征在于：该晶体用于固体激光器中作为激光工作物质，使用闪光灯或激光二极管作为泵浦源，激发产生1.06和0.9μm左右波长的激光输出。
4.如权利要求1所述的掺钕钼酸钾钡钆激光晶体的用途，其特征在于：用该晶体制成的固体激光器用于光谱学、生物医学、军事等诸多领域中。
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