CN102965730A - 一种镱激活硼酸钆钙新型超快激光晶体 - Google Patents

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涂朝阳
王燕
游振宇
李坚富
朱昭捷
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Abstract

一种镱激活硼酸钆钙新型超快激光晶体，涉及激光晶体材料领域。该晶体材料的化学式为Yb3+:Ca3Gd2(BO3)4，空间群为Pnma，晶胞参数为：a=7.163(2)，b=15.457(2)，c=8.5611Å，V=947.8(1)Å3，Mr=587.51，Z=2，Dc=3.468g/cm3。其特征在于：采用4N的Gd2O3、Yb2O3与分析纯的H3BO3、CaCO3作为原料，通过高温固相反应获得Yb3+:Ca3Gd2(BO3)4原料，在常压气氛下采用提拉法生长优质晶体。该材料用于实现～1.0μm波段飞秒激光输出，应用于激光远距离测距、飞秒化学与物理学、医疗卫生等领域。

Description

一种镱激活硼酸钆钙新型超快激光晶体
技术领域
本发明涉及激光晶体材料领域。
背景技术
激光科技的最新前沿之一是超快激光。超快即极短的时间尺度，目前激光脉冲最短不过几个飞秒（10－ 15秒），光在1飞秒内仅仅传播0.3微米。超快激光在激光远距离测距、飞秒化学与物理学、医疗卫生等领域具有重要应用。
Yb激活的激光晶体吸收带处于0.9～1.1um范围，线宽较宽，能与LD泵浦源有效耦合，在～1μm处产生宽带荧光发射，发射截面大，有利于产生超快激光。与Nd3+激活的激光晶体相比，它还具有以下许多优点：（1）能级结构最简单，仅有基态2F7/2和激发态2F5/2，不存在激发态吸收和上转换，光转换效率高；（2）泵浦与激光波长非常接近，量子缺陷低，具有大的本征激光效率，理论上量子效率高达90％；（3）泵浦与激光上能级非常靠近，无辐射驰豫引起的热负荷低，仅为掺Nd3+材料的三分之一；（4）荧光寿命长，为掺Nd3+材料的三倍多，有利于储能；（5）可掺杂较高浓度。因此Yb激活的激光晶体是～1μm波段理想的可调谐短脉冲飞秒激光介质。事实上也得到了证明，例如2009年F.Hoos等采用LD泵浦Yb:KGW晶体，实现了5W的飞秒激光输出，激光脉冲宽度为161fs。2002年F.Brunner 采用LD泵浦Yb:KYW晶体实现了22w的飞秒激光输出，激光脉冲宽度为240fs。T.Sudmeyer等也在2009年采用LD泵浦Yb:YAG晶体实现了100w的飞秒激光输出，激光脉冲宽度为700fs。
Ca3Gd 2(BO3)4是一种新型的、潜在的优秀激光基质晶体材料，其结构是属于正交晶系，空间群为Pnma ，晶胞参数为：a=7.163 (2),b= (2),b=15.457(2)Å,c=8.5611 V=947.8(1)Å3, Mr=587.51, Z=2, Dc=3.468g/cm3。是同成份熔化的，因此可以采用提拉法生长出高质量、大尺寸的单晶。图1是Ca3Gd 2(BO3)4:Yb3+晶体的紫外－近红外的吸收光谱示意图，从图上可以看到：从850 nm 到1000nm存在着一个宽带吸收峰，峰值波长为980nm，其FWHM是12nm，它与半导体激光泵浦源的发射波长相匹配，有利于进行半导体激光泵浦的激光实验研究。表1中列出了几种Yb3+ 离子掺杂晶体的吸收光谱特性。与其他晶体相比，Ca3Y2(BO3)4:Yb3+晶体具有较大的峰值吸收截面。图2 是Ca3Gd 2(BO3)4:Yb3+晶体的荧光光谱示意图，其激发波长为980 nm，从图上可以看到： 从 930 nm 到 1100.7 nm 存在着一个宽带荧光发射峰，峰值波长为1020nm，其半高宽FWHM为72.6 nm。其相应的发射截面较大（达到10－ 20cm2）。因此，Yb3 ＋：Ca3Gd 2(BO3)4是一种新型的优秀超短飞秒激光晶体材料。
发明内容
本发明的目的在于公开一种新型飞秒超快激光晶体材料Yb3+:Ca3Gd2(BO3)4。
本发明采用的技术方案如下：
所述镱激活硼酸钆钙新型超快激光晶体，该晶体材料的化学式为Yb3+:Ca3Gd2(BO3)4, 空间群为Pnma ，晶胞参数为：a=7.163 (2),b=15.457(2),c=8.5611Å,V=947.8(1)Å3, Mr=587.51, Z=2, Dc=3.468g/cm3。
所述的镱激活硼酸钆钙新型超快激光晶体的制备方法，其特征在于：采用4N的Gd2O3、Yb2O3与分析纯的H3BO3、CaCO3作为原料，通过高温固相反应获得Yb3+:Ca3Gd2(BO3)4原料，在常压气氛下采用提拉法生长优质晶体。
所述的镱激活硼酸钆钙新型超快激光晶体的用途，该材料用于实现～1.0μm波段飞秒激光输出，应用于激光远距离测距、飞秒化学与物理学、医疗卫生等领域。
附图说明
图1为晶体的室温吸收光谱图。
图2为晶体的室温荧光发射光谱图。
图3为晶体的激光实验装置图。
具体实施方式
实施例一：Yb3+:Ca3Gd2(BO3)4晶体的生长制备
晶体提拉法生长所用的仪器是DJL-400的中频提拉炉，中频电源型号为KGPF25-0.3-2.5。采用Pt/Pt-Rh的热电偶和型号为815EPC的欧路表控温。所采用的坩埚是Ф55mm×30mm的铱坩埚，所用的原料是分析纯的H3BO3,CaCO3和4N级的Gd 2O3,Yb2O3。根据下列化学反应式配制原料：
6CaCO3+ xYb2O3+(2-x)Gd2O3+8H3BO3®2Ca3YbxGd2-x(BO3)4+6CO2­+12H2O­
（x= 0.05～0.40）
把原料混合均匀，压成片状，置于铂坩埚中，为了避免由于H3BO3的快速分解带走B2O3成分，使得组分偏离，烧结开始时以500C/h缓慢升温到5000C， 然后再以1500C/h缓慢升温到烧结的预定温度，重复此过程，直至X射线粉末衍射的结果不变为止。
把原料装入Ф55mm×30mm的铱坩埚内, 为了避免铱坩埚的氧化，首先把炉子内的气体抽出，使得炉子内的气压达到10-3Pa，再把0.04MPa的氮气充入,然后升温到比熔点高500C的温度，恒温1小时，使得原料熔化完全。然后在铂-铱丝上自然成核结晶，并开始生长。籽晶杆的提拉速率为1.3～1.5 mm/h,降温速率为2～100C/h，籽晶杆的转动速率为12-20r.p.m., 生长结束后,将晶体提离液面,然后以10～300C/h的速率降至室温,得到尺寸为φ20 mm ×50 mm的透明晶体。
实施例二：Yb3+:Ca3Gd2(BO3)4晶体的激光实验
加工出尺寸为3mm×3mm ×2mm的优质Yb3+:Ca3Gd2(BO3)4晶体器件，采用980nm的LD半导体激光作为泵浦源，进行激光实验。实验装置如附图所示,Z形谐振腔的长度为2700mm。输入M1平面腔镜在 1010 nm ～ 1060 nm 高反，在泵浦波长980nm 高透; M2 和 M3 折叠凹面镜的曲率半径分别为1000mm和500mm，在相应的波长处高反。 SESAM半导体饱和吸收镜的饱和吸收系数为1.2%，透过率为3%。

Claims (2)

1.一种镱激活硼酸钆钙新型超快激光晶体，其特征在于：该晶体材料的化学式为Yb3+:Ca3Gd2(BO3)4, 空间群为Pnma ，晶胞参数为：a=7.163(2),b=15.457(2),c=8.5611Å, V=947.8(1)Å3, Mr=587.51, Z=2, Dc=3.468g/cm3。
2.一种权利要求1的镱激活硼酸钆钙新型超快激光晶体的用途，其特征在于：该材料用于实现～1.0μm波段飞秒激光输出，应用于激光远距离测距、飞秒化学与物理学、医疗卫生等领域。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104005085A (zh) * 2014-06-13 2014-08-27 中国科学院福建物质结构研究所 一种镱激活硼酸镥钙超快激光晶体
CN110541197A (zh) * 2019-10-17 2019-12-06 中国工程物理研究院化工材料研究所 一种掺镱硼酸钙钆镧混晶激光晶体及其制备方法和应用
CN110607558A (zh) * 2019-10-17 2019-12-24 中国工程物理研究院化工材料研究所 一种掺镱硼酸钙钆钇混晶激光晶体及其制备方法和应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1422994A (zh) * 2001-11-23 2003-06-11 中国科学院福建物质结构研究所 掺铬硼酸镧钪可调谐激光晶体
CN1566413A (zh) * 2003-07-10 2005-01-19 中国科学院福建物质结构研究所 硼酸钆锶激光晶体及其制备方法
CN1621575A (zh) * 2003-11-26 2005-06-01 中国科学院福建物质结构研究所 掺钕硼酸钇锶激光晶体
CN1782144A (zh) * 2004-12-03 2006-06-07 中国科学院福建物质结构研究所 一种掺镱硼酸钇锶飞秒激光晶体
CN1782145A (zh) * 2004-12-03 2006-06-07 中国科学院福建物质结构研究所 掺镱硼酸钆锶飞秒激光晶体
CN1837419A (zh) * 2005-03-25 2006-09-27 中国科学院福建物质结构研究所 掺镱硼酸氧钙钇镧激光晶体及其制备方法和用途
CN1916242A (zh) * 2005-08-15 2007-02-21 中国科学院福建物质结构研究所 双掺铒镱硼酸钆钙激光晶体及其制备方法与用途

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1422994A (zh) * 2001-11-23 2003-06-11 中国科学院福建物质结构研究所 掺铬硼酸镧钪可调谐激光晶体
CN1566413A (zh) * 2003-07-10 2005-01-19 中国科学院福建物质结构研究所 硼酸钆锶激光晶体及其制备方法
CN1621575A (zh) * 2003-11-26 2005-06-01 中国科学院福建物质结构研究所 掺钕硼酸钇锶激光晶体
CN1782144A (zh) * 2004-12-03 2006-06-07 中国科学院福建物质结构研究所 一种掺镱硼酸钇锶飞秒激光晶体
CN1782145A (zh) * 2004-12-03 2006-06-07 中国科学院福建物质结构研究所 掺镱硼酸钆锶飞秒激光晶体
CN1837419A (zh) * 2005-03-25 2006-09-27 中国科学院福建物质结构研究所 掺镱硼酸氧钙钇镧激光晶体及其制备方法和用途
CN1916242A (zh) * 2005-08-15 2007-02-21 中国科学院福建物质结构研究所 双掺铒镱硼酸钆钙激光晶体及其制备方法与用途

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHAOYANG TU等: "Growth and spectroscopic characteristics of Ca3Gd2(BO3)4:Yb3+ laser crystal", 《JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH》 *
JIN-LONG XU等: "Multi-wavelength continuous-wave laser operation of Yb:Ca3Gd2(BO3)4 disordered crystal", 《OPTICAL MATERIALS》 *
PAUL-HENRI HAUMESSER等: "Czochralski growth of six Yb-doped double borate and silicate laser materials", 《JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104005085A (zh) * 2014-06-13 2014-08-27 中国科学院福建物质结构研究所 一种镱激活硼酸镥钙超快激光晶体
CN110541197A (zh) * 2019-10-17 2019-12-06 中国工程物理研究院化工材料研究所 一种掺镱硼酸钙钆镧混晶激光晶体及其制备方法和应用
CN110607558A (zh) * 2019-10-17 2019-12-24 中国工程物理研究院化工材料研究所 一种掺镱硼酸钙钆钇混晶激光晶体及其制备方法和应用

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