CN1028884C - 掺钕、铽和铈的钇铝石榴石激光晶体及其制备技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及掺钕、铽和铈的钇铝石榴石(Nd，Tb，Ce)：YAG激光晶体及其制备方法，包括晶体组份及晶体的生长，后处理和加工等技术。还涉及用引上法生长该晶体时原料的配制，加热方式及生长参数的选择等方面。本发明的晶体具有(Nd，Ce)：YAG⁷的优点，而其热效应优于(Nd，Ce)：YAG，尤其是在热焦距、风冷重复频率下光束的束散度和光束的能量分布方面，明显优于(Nd，Ce)：YAG。因此，它更适用于重复频率较高时的风冷中小能量脉冲激光器。

Description

本发明涉及一种新的激光晶体，具体地说，是掺钕、铽和铈的激光晶体[（Nd，Tb，Ce）：YAG]。还涉及这种晶体的制备技术，其中包括晶体生长、退火和加工技术，特别是涉及这种晶体的引上生长技术。本发明的（Nd，Tb，Ce）：YAG晶体可以作为固体激光器的激光工作物质，也可作为荧光材料，窗口材料或其它一些光学元件的材料。

由于Nd：YAG具有优良的物化特性，而且价格低廉，它现在仍然是固体激光器领域内应用最多和最普遍的激光晶体^[1]。但Nd：YAG也有不令人满意之处，其最大缺点是激光效率不够高和阈值不够低。这些缺点使它在风冷条件下的应用受到很大限制。多年来人们一直在为提高其效率而努力。提高Nd：YAG激光效率的一个有效途径是在晶体中再掺入敏化离子，利用它到Nd³⁺的能量转移来提高泵浦光的利用率从而使效率提高。如所周知，Cr³⁺就是一个较好的敏化离子^[2]。但在YAG中，Cr³⁺→Nd³⁺的能量转移效率不高，敏化作用不够理想。Holloway^[3]、Ковалева^[4]、Mares^[5]和Kvapil^[6]等人的研究指出，在YAG中有Ce³⁺到Nd³⁺的辐射能量转移，也存在无辐射能量转移，而且转移效率较高。但这些研究也指出，由于Ce³⁺的离子半径太大，利用Ce³⁺来敏化Nd：YAG会严重损害晶体的光学质量。因此，他们认为，从总体效果看，利用大量Ce³⁺敏化Nd：YAG是不利的，只能掺入微量的Ce³⁺来改进Nd：YAG的激光性能。

本申请人在另一项已授权专利^[7]中成功地解决了上述掺大量Ce³⁺带来的问题，既充分利用了Ce³⁺的敏化作用，又避免或消除了 大量Ce³⁺对光学均匀性的损害。生长出了脉冲激光效率比Nd：YAG高70%，光学均匀性良好，可在风冷重复频率下应用而且价格低廉的（Nd，Ce）：YAG晶体。但这种晶体在使用过程中，暴露出了新问题。突出表现在激光束的束散过大，特别是在与水冷条件相比，冷却不够的风冷条件下束散度过大，而且随着激光重复频率的提高，束散度迅速增加。在一般平-平激光腔的使用情况下，激光束的能量分布也随重复频率的提高而变差。这表明（Nd，Ce）：YAG的热效应较大。虽然如[7]所述，它可在较高环境温度下使用，但对激光棒内的温度不均匀性比较敏感。显然，这些缺点对风冷重复频率下的应用是很不利的。

本发明的目的就是给出一种即具有[7]所述的（Nd，Ce）：YAG的优点，而热效应比（Nd，Ce）：YAG低，在风冷重复频率使用条件下，激光束的束散度比（Nd，Ce）：YAG小的新激光晶体及其制备技术。

本发明是一种掺钕、铽和铈的钇铝石榴石[（Nd，Tb，Ce）：YAG]激光晶体，其特征在于它是由Nd，Tb，Ce，Y，Al和O等元素组成，化学式为Y_3-a-b-cNd_aTb_bCe_cAl₅O₁₂，其中a＝1.0×10^-4～7.5×10^-2，b＝1.0×10^-4，c＝大于0～4.5×10^-2，该晶体属立方晶系，空间群为O¹⁰ _h-Ia3d晶格常数随a，b和c的值而稍有改变，大致在12.02A附近。

本发明的另一内容是（Nd，Tb，Ce）：YAG晶体的制备方法，包括晶体的生长、后处理和光学加工。其特征在于采用电阻或感应加热的引上法生长，其中包括粉料的灼烧、按化学式Y_3-x-y-zNd_xTb_yCe_zAl₅O₁₂配料、其中x＝5×10^-4～0.375，y＝1.1×10^-4～1.5，z＝大于0～0.36，配制的粉料经研磨混合和预压成形后置于坩锅中加热至熔、下籽晶进行旋转引上生长，其主要生长条件是：晶体转速为8～150r/min;提拉速度为0.3～2.5mm/h;保护气氛为还原性或中性气氛;籽晶可为任何方向，但优先选用<111>，< 110>或<211>方向;晶体等径部分的直径与坩锅内直径的比小于1/2。

本发明的（Nd，Tb，Ce）：YAG晶体也可用Bridgman方法、熔盐法或火焰法生长，其后处理技术可按本申请人的另一项已授权专利^[8]进行，但在退火温度，保温时间及升降温速度方面需作适当调整。晶体的光学加工按通常Nd：YAG的加工标准及使用要求进行，这是本领域技术人员所熟知的。

本发明的（Nd，Tb，Ce）：YAG晶体可以用作激光工作物质、荧光材料、窗口或其它一些光学元件的材料。

兹将本发明详述如下：

如前所述，（Nd，Ce）：YAG虽然有效率高、阈值低等优点，但它在冷却不充分或风冷条件下使用时，其光束束散度较大，而且还随激光重复频率的增加而迅速加大。与此同时，光束的能量分布也变坏。我们认为产生这些问题的原因可能在于（Nd，Ce）：YAG的热效应过大，虽然它可以在较高的环境温度下使用，但在冷却不够充分时，激光棒内的温度是不均匀的，而（Nd，Ce）：YAG晶体对这种温度不均匀性可能比较敏感，从而导致较严重的热畸变。事实上，敏化型的激光晶体都有可能具有较严重的热效应，因为，敏化离子所吸收的光能如不能全部转移给激活离子，则最终将会以热的形式释出，从而加重晶体的热畸变效应。很显然，在敏化离子附近，特别是在敏化离子较集中的微区附近，这种热效应更为严重。而另一方面，由于Ce³⁺离子半径比Y³⁺大很多，在Ce³⁺附近，特别是Ce³⁺离子较集中的微区附近，本来就有较严重的晶格畸变。不均匀的热效应必然加重晶格的微区畸变，我们认为，这可能是（Nd，Ce）：YAG具有严重热畸变的原因。再者，不均匀的热效应使晶格的微区畸变加重，可能使畸变区的晶场有些改变。因此，这种热效应不仅在宏观上表现出热透镜效应的加重，还有可能影响激光的输出特性。

基于以上分析，我们认为解决上述问题的一个可能途径是寻找 热效应较弱的新敏化离子。另一可能途径是在（Nd，Ce）：YAG中，掺入其它离子来改善其热效应。从原理上看，在晶体中掺入某种掺杂离子，有可能在一定程度上改变晶体的热胀系数、导热系数、折射率和折射率的温度系数。因此，在（Nd，Ce）：YAG中再掺入某种离子，有可能改善其热效应。我们经过多年的大量实验，终于找到一种新的离子Tb³⁺，这是现有技术文献中从未有过的。本发明是用Tb³⁺部分或全部取代（Nd，Ce）：YAG中的Ce³⁺，而成为（Nd，Tb，Ce）：YAG。

Tb：YAG和（Tb，Ce）：YAG可以作为荧光材料，已有不少人对其光谱和荧光特性进行了较详细的研究^[9-11]。Tb³⁺的吸收峰在273，325，357和380nm处。前两个较强吸收峰属4f→5d跃迁，后两个弱吸收峰属f-f跃迁。而其荧光为一些较尖锐的峰，可分为两组，其中一组对应于⁵D₃→⁷F跃迁，分布在380～470nm间，另一组对应于⁵D₄→⁷F跃迁，分布在490～630nm之间。最强的荧光为545nm与YAG中Ce³⁺的荧光峰相近。而在490～630nm波段内，有大量Nd³⁺的吸收峰，因此，我们估计在YAG中有Tb³⁺→Nd³⁺共振辐射能量转移或借助于声子的非共振转移是完全可能的。上述的工作还指出，在YAG中有的能量转移存在，但据这些报导，的能量转移，加强了Tb³⁺的⁵D₄→⁷F荧光和Ce³⁺的黄绿光区。显然，这一相互转移过程对能量通过辐射转移至Nd³⁺是有利的。再者，在配位数为8时，Tb³⁺的离子半径为1.04

（引自卡明斯基著《激光晶体》），与Y³⁺（1.02

）非常接近。因此Tb³⁺的掺入不会引起严重的晶格畸变。我们出乎意料地发现，铽的掺入能在一定程度上改变晶体的热膨胀系数、热导率、折射率和折射率的温度系数，这就有可能使晶体的热畸变效应得到改善。总之，我们认为，可能有Tb³⁺→Nd³⁺的能量转移和Tb³⁺的掺入改进（Nd，Ce）：YAG晶体的热畸变效应。这些就是本发明的基本构思，至今尚未看到有关这一构思的报导。

很显然，本发明的Y_3-a-b-cNd_aTb_bCe_cAl₅O₁₂激光晶体中各掺杂离子的浓度对晶体的各种特性是有影响的，例如Nd³⁺的浓度对激光效率、阈值、晶体中Nd³⁺的荧光寿命及晶体光学质量等都有严重影响，这是大家所熟知的。在[7]中论述了Ce³⁺浓度对（Nd，Ce）：YAG晶体影响，在本发明的（Nd，Tb，Ce）：YAG中，Ce³⁺的浓度也有相同的影响。同样Tb³⁺的浓度对晶体的激光输出及热效应等也会有明显的影响。

本发明的另一部分是（Nd，Tb，Ce）：YAG的制备技术，其中包括晶体的生长、后处理和光加工等环节。本发明的（Nd，Tb，Ce）：YAG晶体，可以采用引上法，也可用Bridgman法、火焰法或熔盐法进行生长。本发明优先选用引上法。但无论采用什么方法，都必须注意原料的纯度，纯度不够将严重影响晶体的激光性能。本发明所用各种原料的纯度为4N～6N。再者，由于Ce和Tb都是易变价元素，它们在氧化气氛中是四价态，而本发明要求Tb和Ce是三价态，因此，生长时的保护气氛必须是还原性或中性气氛。生长后的（Nd，Tb，Ce）：YAG晶体，必须进行退火处理，以消除在还原气氛中生长时晶体中形成的色心^[6]。（Nd，Tb，Ce）：YAG晶体的这种后处理可以参照本申请人的另一份专利^[8]，但在退火温度和保温时间以及升降温速度方面，要作适当调整。如所周知，激光晶体的光学加工质量对激光输出有严重影响，在有些使用中，还对激光晶体的加工有些特殊要求。本发明的（Nd，Tb，Ce）：YAG晶体的光学加工，可按一般Nd：YAG的加工方法或根据使用要求进行加工。

本发明优先选用引上法生长（Nd，Tb，Ce）：YAG晶体，在配料前各种氧化物原料均需经过充分灼烧以除去所吸附的水分，以保证准确配料和去掉吸附的挥发性杂质，灼烧温度为800～1300℃，保温时间为4～20小时。然后按化学式Y_3-x-y-zNd_xTb_yCe_zAl₅O₁₂进行配料。应该指出，要使晶体中含有所希望的各掺杂离子浓度（a，b，c），必须考虑各掺杂离子在结晶时的分凝系数。由所希望的晶体 中的浓度（a，b，c）和实测或文献报导的分凝系数^[7]来决定配料化学式中的x，y和z。本发明所用的x＝5×10^-4～0.375，y＝1.1×10^-4～1.5，z＝大于0～0.36。粉料配制完成后，要进行充分的研磨和混合，使各种原料混合均匀。然后预压成形，再经1100～1600℃灼烧（也可不灼烧）。应该强调指出，在配料、研磨混合及成形等各过程中，必须严防混入其它杂质，特别是铁等有害杂质。

在引上法生长（Nd，Tb，Ce）：YAG晶体时，可以利用石墨或钨等电阻加热，坩锅用钼或钨坩锅，也可利用中频或高频感应加热，而此时坩锅用铱坩锅。在使用电阻加热时，其热场结构示意图如附图1所示。图中1是籽晶杆，2是籽晶，3是晶体，4是熔体，5，6，7是钼上保温屏，8是坩锅，9是坩锅托，10，11，12是钼侧保温屏，13是内屏蔽筒，14是电阻加热器，15是托盘，16是电极板，17是钼台罩，18是连接片，19是氧化铝垫片。在用感应加热时，其热场结构图的示意图如附图2。其中1是籽晶杆，2是拉晶孔，3是籽晶，4是二氧化锆保温罩，5是晶体，6是观察孔，7是熔体，8是铱坩锅，9是感应线圈，10是二氧化锆保温沙，11是保温筒，12是托盘。

将预压成形的原料装入坩锅，然后置于上述热场中，关闭炉门按一般引上生长Nd：YAG的要求和方法进行抽真空，充保护气氛。然后逐渐加热，待熔体充分熔解后，逐渐下降籽晶。籽晶接触熔体并稳定后，开始提拉生长。在下籽晶到开始提拉生长的过程中，需要适当调整温度。可以用任何方向的籽晶来生长（Nd，Tb，Ce）：YAG晶体，本发明优先选用<111>，<110>和<211>方向，但最好是用<111>±5°的籽晶。在生长的最初阶段和一般生长Nd：YAG一样，需要收颈和放肩过程。等径生长时的晶体直径应小于坩锅内直径的1/2。晶体直径与坩锅内直径的比优选为1/2.5～1/4。前面已经说明，生长（Nd，Tb，Ce）：YAG晶体的保温气氛必须是还原性或中性气氛，本发明使用的保护气氛是纯度为4N的Ar，也可用N₂或Ar+H₂，N₂+H₂和Ar+N₂。再者，温度精度对晶体生长 是很重要的，本发明要求控温精度不低于±0.5℃。

如所周知，在生长系统包括热场和控温系统选定后，生长参数的选择对晶体质量的好坏是至关重要的。例如晶体的转速就是一个重要生长参数。因为，转速的大小将影响生长界面的形状及界面前沿扩散层的厚度，而转速的稳定性也会影响晶体的光学均匀性。在转速低于液流状态转变的临界转速时，界面凸向熔体，高于临界转速时，界面是平的或凹的。而临界转速的大小与坩锅的大小和形状、熔体的高度以及晶体的直径有关。这些都是大家所熟知的。因此，如要以凸界面生长，则应根据上述因素，把晶体转速调整到低于临界转速。反之，如要以平界面生长，则需把晶体转速调整到高于临界转速。本发明所用的转速范围为8～150r/min，具体数值根据生长时的上述因素决定。在平界面生长时，转速的稳定性影响较大，其瞬时起伏不得超过±0.5r/min。

另一个重要生长参数是晶体的提拉速度。拉速过大会产生组份过冷，特别是对于生长（Nd，Tb，Ce）：YAG来说，掺杂离子多而且Ce³⁺和Nd³⁺的离子半径太大，分凝系数很小，提拉速度更不能过大。拉速过小则可能使晶体在过于频繁的生长-回熔-再生长过程中生长，这将会使生长条纹应力加重而且浪费时间和能源。可根据使用的热场，掺杂离子浓度和晶体直径的大小等因素选择提拉速度，一般说来，浓度高或晶体直径大，拉速应小，反之，拉速可适当加快。本发明所用的拉速在凸介面生长时为0.3～1.5mm/h，在平界面生长时为0.5～2.5mm/h。

本发明的（Nd，Tb，Ce）：YAG晶体也可采用Bridgman法，熔盐法或火焰法进行生长。如晶体生长工作者所熟知，在用Bridgman法生长时，是将配好预压成形的料装在坩锅中，然后置于具有一定温度梯度的热场中，通过缓慢下降坩锅，或缓慢上升加热器，或缓慢下降温度的方法进行生长。坩锅可以加以适当的旋转，也可不旋转，坩锅材料可用铱、钼或钨，其形状为园筒形、或带有锥状底的园筒形 或其它形状。使用熔盐法生长时，首先是选取一定的助熔剂。常用的助熔剂有PbO、PbF₂、KF、B₂O₃及其混合物等。然后将助熔剂和（Nd，Tb，Ce）：YAG晶体的原料按一定比例配制。配好的原料经充分研磨和混合后装入铂或铂铑坩锅中，置于具有一定温度分布的热场中加热至熔，充分熔解后再缓慢下降温度进行生长。坩锅形状可以是园筒形，也可是带尖底的园筒或其它形状，在生长过程中，为使晶体在坩锅底部成核和生长，可对坩锅底部进行适当的冷却。这些均与用熔盐法生长Nd：YAG或其它石榴石晶体相似。也可用火焰法生长（Nd，Tb，Ce）：YAG晶体，其方法与用火焰法生长兰宝石或Nd：YAG相似。

实例1：

把经过灼烧的各氧化物（Al₂O₃，Ce₂O₃，Tb₂O₃，Nd₂O₃）原料按化学式Y_3-x-y-zNd_xTb_yCe_zAl₅O₁₂称配，其中x＝0.120，y＝0.012，z＝0.006。原料总重为600克。称配好的原料在研磨机中混合研磨24小时后装入特制乳胶袋内（共用四层），置于油压机内预压成形。成形的料块装入钼片冲压的Φ80×40mm坩锅中。然后将坩锅放在附图1所示的热场内。封闭炉门，按通常生长Nd：YAG的方法抽真空，充Ar气。利用石墨加热器（附图1中的14）逐渐加热至完全熔化。逐渐下降籽晶。籽晶方向为<111>±5°。在籽晶接触液面时，停止下降并调整熔体温度使其达到适于引上生长的温度。再稳定1小时，然后开始提拉生长。晶体的转速为80r/min，提拉速度为2mm/h。晶体等径部分的直径控制在28～31mm。控温精度不低于±0.5℃。在结束生长时，人工提起晶体使其刚好脱离液面，然后停止提拉并缓慢降温至600℃时断电，这一降温过程的时间为12小时。断电后随炉冷却至室温以结束整个生长过程。

实例2：

组分、原料的称配及预压成形过程与实例1相同，所不同的是原料总重为1.5kg，使用Φ90×90mm铱坩锅和附图2所示的装置 和利用中频感应加热。晶体转速为15r/min，提拉速度为1.0mm/h。其它生长过程也与实例1相同。

本发明的其它生长实例的组分、加热方式、坩锅及主要生长参数均列于表1中。其它过程与方法和实例1或实例2相同。

表1.本发明的其它实例

组份    生长参数

加热方式    坩锅    转速    拉速    备注

X    Y    Z    r/min    mm/h

实例3    0.150    0.900    0.015    电阻    Φ80×40mm钼锅    15    1.0

实例4    0.300    0.200    0.005    电阻    Φ80×40mm钼锅    80    1.2

实例5    0.240    1.000    0.008    电阻    Φ80×40mm钼锅    85    1.5

实例6    0.120    0.500    0.100    电阻    Φ80×40mm钼锅    85    1.0

实例7    0.150    0.012    0.006    感应    Φ90×90mm钼锅    15    0.6

实例8    0.120    0.060    0.006    感应    Φ90×90mm钼锅    85    1.5

实例9    0.150    0.030    0.075    电阻    Φ80×80mm钼锅    85    2.0

实例10    0.090    0.090    0.003    电阻    Φ80×80mm钼锅    85    2.2

各实施例所得（Nd，Tb，Ce）：YAG晶体，在光学均匀性方面可完全满足实用要求。Φ5×70～80mm激光棒的消光比绝大部分超过25dB;干涉图一般可达0.2～0.5条/英寸。这种晶体不仅具有效率高、阈值低及（Nd，Ce）：YAG的其它优点，与（Nd，Ce）：YAG相比，它在热畸变效应方面有明显改善。在激光输出的稳定性、热焦距、最大连续输出功率、风冷重复频率下光束的束散度、光束的能量分布等方面均优于[7]的（Nd，Ce）：YAG。因此，它比（Nd，Ce）： YAG更适于风冷重复频率下的应用，特别是较高重复频率下的应用。显然，这种晶体具有广泛而且显著的应用价值。

附图3给出的是热焦距的测试结果，图中曲线1，2是不同组份的（Nd，Tb，Ce）：YAG晶体，曲线3是常用的（Nd，Ce）：YAG晶体，晶体尺寸均为Φ5×80mm。测量方法是将晶体置于聚光腔内，用氪灯照射，使晶体产生热透镜效应。用微孔光栏和He-Ne光测出焦距。图中横坐标是输入功率，纵坐标是测得的热焦距。从此图可以看到（Nd，Tb，Ce）：YAG明显优于（Nd，Ce）：YAG。与此相应的在连续输出方面也有同样的结果。（Nd，Ce）：YAG的输出功率随输入功率加大而下降的现象出现得早，（Nd，Tb，Ce）：YAG的下降现象出现得晚，最大输出功率也要提高30%。

附图4是用距输出镜4.5米处的微孔沿连续输出光斑的中线扫描得到的功率的分布曲线。为便于和脉冲重复频率光斑进行对照，这种测试是在低功率下进行的。附图4A的输入功率为0.7KW，附图4B的输入功率为1.4KW。两图中的曲线1是（Nd，Tb，Ce）：YAG，曲线2是（Nd，Ce）：YAG。由图可见，无论是全光束的直径还是功率下降到最高功率的1/e处时的光束直径，（Nd，Tb，Ce）：YAG晶体均明显小于（Nd，Ce）：YAG。

显然，上述光斑直径的对比直接反应出了束散角的差异。在能量分布方面，当输入功率较高时，（Nd，Tb，Ce）：YAG的优点也是非常明显的。显然，它的这种近似高斯分布对实际应用是非常有利的。重复频率风冷下的激光光斑的对比也有类似规律。

附图4A反应出（Nd，Tb，Ce）：YAG在效率方面比（Nd，Ce）：YAG差，但这并不说明Tb³⁺无敏化效果，从Tb³⁺荧光光谱和544nm荧光的寿命测试看，在有Nd³⁺的晶体中，Tb³⁺的⁵D₄→⁷F峰明显降低，荧光寿命也由无Nd³⁺时的3.5ms降为2.37ms，虽然可能由于所用样品或测试装置不同，所测Tb³⁺的荧光寿命较文献报导的高，但变化趋势是肯定的。这些光谱测试结果证实在YAG中 有Tb³⁺→Nd³⁺的能量转移。而图4A所反应的效率低可能主要是所用氪灯的发射谱与Tb³⁺的吸收谱严重失配所致。总之，从上述热效应方面的测量结果和Tb³⁺荧光测试结果看，前述本发明关于可能有Tb³⁺→Nd³⁺的能量转移及掺入Tb³⁺可能改善（Nd，Ce）：YAG晶体的热效应的基本思想得到了肯定和证实。

本发明的（Nd，Tb，Ce）：YAG晶体可以作为激光工作物质、荧光材料、窗口或其它光学元件的材料。它特别适于较高重复频率工作的脉冲激光器，尤其是风冷激光器。附图5是我们用（Nd，Tb，Ce）：YAG晶体制成的激光器示意图，图中1为全反镜，2为聚光腔，3为泵浦光源，4为（Nd，Tb，Ce）：YAG棒，5为冷却装置，6为输出镜，7为电源。该激光器在风冷重复频率为20pps下可给出满意的实用效果。

本文所援引的参考文献全部在此文中结合参照。

参考文献

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[2]G.Blass    et    al.，J.Chem.Phys.，V47，p1920（1967）

[3]W.W.Holloway    et    al.，J.Opt.Soc.Am.，V59，p60（1969）

[4]H.C.Ковалева    И    Др.，Ж.Прик.Спект.T27，546（1977）

[5]J.A.Mares，Czech，J.Phys.B35，883（1985）;

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[6]J.Kvapil    et    al.，Czech，J.Phys.B34，581（1984）捷克专利240641

[7]翟清永等，中华人民共和国专利公开号CN1030798A，

专利证书号9038

[8]翟清永等，中华人民共和国专利公开号CN1031119A，

专利证书号5861

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[10]刘行仁等，发光与显示，V5，93（1984）

[11]王志华等，发光与显示，V3，46（1982）

Claims (10)

1、一种掺钕、铽和铈的钇铝石榴石[(Nd，Tb，Ce)：YAG]激光晶体，其特征在于它是由Nd，Tb，Ce，T，Al和O等元素组成，化学式为Y_3-a-b-cNd_aNb_cCe_cAl₅O₁₂，其中a=1.0×10^-4～7.5×10^-2，b=1.0×10^-4，c=大于0～4.5×10^-2，该晶体属立方晶系，空间群O¹⁰ _h-Ia3d，晶格常数为12.013

，但随a，b和c的值而稍有改变。

2、根据权利要求1的晶体，其特征在于化学式Y_3-a-b-cNd_aTb_bCe_cAl₅O₁₂中的a＝1.2×10^-2～6.0×10^-2，b＝1.2×10^-3～6.0×10^-2，c＝大于0～3.0×10^-3。

3、一种（Nd，Tb，Ce）：YAG晶体的制备方法，包括晶体的生长、后处理和光学加工;其特征在于采用电阻或感应加热的引上生长，其中包括粉料的灼烧、按化学式Y_3-x-y-zNd_xTb_yCe_zAl₅O₁₂配料，其中x＝5×10^-4～0.375，y＝1.1×10^-4～1.5，z＝大于0～0.36，配制的粉料经研磨，混合和预压成形后置于坩锅中加热至熔，下籽晶进行旋转引上生长;其主要生长条件是：晶体转速为8～150r/min;提拉速度为0.3～2.5mm/h;保护气氛为还原性或中性气氛;籽晶可为任何方向，但优先选用<111>、<110>或<211>方向;晶体等径部分的直径与坩锅内直径的比小于1/2。

4、根据权利要求3所述方法，其特征在于采用石墨电阻加热;坩锅用钼或钨坩锅;晶体转速调到适于以凸界面生长;提拉速度为0.5～1.4mm/min。

5、根据权利要求3和4所述方法，其特征在于晶体转速调到适于平界面生长;提拉速度为0.8～2.2mm/min。

6、根据权利要求3所述方法，其特征在于采用感应加热和铱坩锅;晶体转速调到适于凸界面生长，提拉速度为0.3～1.3mm/h。

7、根据权利要求3和6所述方法，其特征在于晶体转速调到适于平界面生长;提拉速度为0.7～2.0mm/h。

8、根据权利要求4所述方法，其特征在于采用钨电阻加热。

9、根据权利要求5所述方法，其特征在于采用钨电阻加热。

10、一种激光器，包括泵浦光源、聚光腔、全反镜、输出镜和电源，其特征在于其激光工作物质是权利要求1或2所述的晶体制成的器件。

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