CN102766906A - 一类铒离子激活3微米波段镓酸盐激光晶体及其制备方法 - Google Patents

一类铒离子激活3微米波段镓酸盐激光晶体及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一类铒离子激活3微米波段镓酸盐激光晶体及其制备方法。该类激光晶体化学式为Erx:AR(1-x)Ga3O7，其中A为Ca、Sr、Ba中的至少一种，R为Y、La、Gd、Lu中的至少一种，x的值根据激光运转需要在0到1之间变化。该类晶体可被半导体激光泵浦，输出3微米波段激光。该类晶体可用提拉法生长，流程简单，易于操作。

Description

一类铒离子激活3微米波段镓酸盐激光晶体及其制备方法
 
技术领域
本发明涉及一类铒离子激活3微米波段镓酸盐激光晶体及其制备方法。
背景技术
3微米波段激光在医学、军事、特殊气体检测、以及非线性光学等领域具有重要的应用价值。利用铒离子4I11/2到4I13/2跃迁实现激光输出是直接获得高光束质量和高性能3微米波段激光的理想途径之一。但现有的该波段激光材料还存在不少缺点，3微米波段激光的输出性能仍未能满足许多实际应用的需求。例如，目前已经商品化的Er:YAG晶体，是一种较为优秀的3微米波段激光基质晶体，但也存在激光上能级荧光寿命过短导致储能特性差、吸收谱带及荧光发射谱带较窄等一些不利于半导体激光泵浦及调Q、锁模脉冲激光输出的缺点。
本发明涉及一类铒离子激活3微米波段镓酸盐激光晶体。该类晶体可被半导体激光泵浦，且激光上能级荧光寿命长，3微米波段荧光发射谱带宽，可满足输出调Q、锁模激光的要求，用其作为增益介质的激光器可用于医学、军事、特殊气体检测、以及非线性光学等领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一类铒离子激活3微米波段镓酸盐激光晶体及其制备方法。为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一类铒离子激活3微米波段激光晶体，该类晶体的化学通式为Erx:AR(1-x)Ga3O7，其中Er为激活离子，A为Ca、Sr、Ba中的至少一种，R为Y、La、Gd、Lu中的至少一种，x的值根据激光运转需要在0到1之间变化。该类晶体属于四方晶系，空间群为                                               
Figure 2011102415424100002DEST_PATH_IMAGE002
。
所述的激光晶体的制备方法，即采用提拉法生长所述激光晶体。 
所述的激光晶体可用作固体激光器的工作物质，可被半导体激光泵浦，输出3微米波段激光。
所述的固体激光器，采用半导体激光作为该固体激光器的泵浦源。
所述的激光晶体的制备方法的步骤如下，该方案具有制备流程简单，易于操作，制备过程无污染、无毒害等特点：
（1）、以Ca、Sr、Ba、Er、Y、La、Gd、Lu、Ga的氧化物和相应盐类为原料，并按上述材料的化学式称取符合Erx:AR(1-x)Ga3O7计量比的原料；
（2）、将（1）中称取的原料混合物置于玛瑙研钵中充分研磨混合均匀，并用油压机和成型模具，将混合料压制成圆柱形薄片。
（3）、将（2）中制得的薄片装入不与晶体组分起化学反应的金属、合金或氧化物等耐高温材料制造的坩锅中，置于高温烧结炉烧结48～72小时，获得单晶生长所需的多晶料饼。烧结温度随晶体组成化学式的不同在900～1200oC之间变化。
（4）、将（3）中制得的多晶料饼装入铱金坩锅，置于单晶提拉炉中，进行晶体生长，获得满足激光工作需要的高光学质量单晶。该类单晶生长条件：
生长气氛：氮气气氛；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
熔化温度：熔化温度为晶体熔点，随晶体化学组成不同，晶体熔点在1400～2000oC之间变化；
Figure DEST_PATH_IMAGE008
晶体提拉速度：0.5～1.2mm/h；
Figure DEST_PATH_IMAGE010
晶体转速：15～30rpm；
Figure DEST_PATH_IMAGE012
退火：退火降温速率为10～20oC/h。
具体实施方式
实施例1：
称取21.52g的Er2O3、55.36g的SrCO3、47.58g的Gd2O3和106.49g的Ga2O3，将这四种原料一起置于玛瑙研钵中研磨混合均匀，分3次用Φ50mm的成型模具及油压机将混合料压成圆饼，置于马弗炉中在1050oC烧结48小时。然后将固相反应合成的产物装入Φ60×30mm3的铱金坩埚，置于晶体提拉生长炉中，升温熔化。生长的条件为：熔化温度1600oC左右，拉速1.0mm/h，转速15rpm，退火降温速率10oC/h。生长得到尺寸大于Φ25×40mm3的优质透明单晶Er0.3:SrGd0.7Ga3O7。该晶体在970nm附近的吸收带半高宽达到了近30nm宽，适合半导体激光泵浦，输出3微米波段激光。
实施例2：
     称取21.52g的Er2O3，74g的BaCO3 ,42.76g的La2O3和106.49g的Ga2O3，将这四种原料一起置于玛瑙研钵中研磨混合均匀，分3次用Φ50mm的成型模具及油压机将混合料压成圆饼，置于马弗炉中在1050oC烧结48小时。然后将固相反应合成的产物装入Φ60×30mm3的铱金坩埚，置于晶体提拉生长炉中，升温熔化。生长的条件为：熔化温度1650oC左右，拉速1.2mm/h，转速15rpm，退火降温速率20oC/h。生长得到尺寸大于Φ20×40mm3的优质透明单晶Er0.3:BaLa0.7Ga3O7。

Claims (4)

1.一类3微米波段激光晶体材料，其特征在于：该类晶体的化学通式为Erx:AR(1-x)Ga3O7，属于四方晶系，空间群为                                                
Figure 483074DEST_PATH_IMAGE001
，其中Er为激活离子，A为Ca、Sr、Ba中的至少一种，R为Y、La、Gd、Lu中的至少一种，x的值根据激光运转需要在0到1之间变化。
2.一种权利要求1所述的激光晶体的生长制备方法，其特征在于：所述的晶体由提拉法生长。
3.如权利要求1至2所述的激光晶体的用途，其特征在于：作为固体激光器的工作物质，可输出3微米波段激光。
4.如权利要求3所述的固体激光器，其特征在于：采用半导体激光作为该固体激光器的泵浦源。
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