CN103696007B - Nd, Er:GSAG激光晶体及其制备方法 - Google Patents

Nd, Er:GSAG激光晶体及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103696007B
CN103696007B CN201310005611.0A CN201310005611A CN103696007B CN 103696007 B CN103696007 B CN 103696007B CN 201310005611 A CN201310005611 A CN 201310005611A CN 103696007 B CN103696007 B CN 103696007B
Authority
CN
China
Prior art keywords
crystal
gsag
raw material
growth
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201310005611.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103696007A (zh
Inventor
张坤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JIANGSU SENFENG CRYSTAL TECHNOLOGY Co Ltd
Original Assignee
JIANGSU SENFENG CRYSTAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JIANGSU SENFENG CRYSTAL TECHNOLOGY Co Ltd filed Critical JIANGSU SENFENG CRYSTAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CN201310005611.0A priority Critical patent/CN103696007B/zh
Publication of CN103696007A publication Critical patent/CN103696007A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103696007B publication Critical patent/CN103696007B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

本发明是一种Nd,Er:GSAG激光晶体及其制备方法，该激光晶体的化学式为Nd3+,Er3+:Gd3Sc2Al3O12简写成Nd,Er:GSAG，分子式Nd3xEr3yGd3(1-x-y)Sc2Al5O12，其中0.001≤x≤0.2，0.005≤y≤0.5。通过采用Nd2O3、Er2O3、Gd2O3、Sc2O3、Al2O3作为原料，按所需比例混合、压制成块后，通过固相法获得晶体生长初始原料，然后采用提拉法、温梯法、热交换法、坩埚下降法或者泡生法定向生长制得。Nd3+作为敏化离子能将吸收的能量转移给晶体中的Er3+离子，提高了Nd,Er:GSAG的2.7-2.9μm附近激光的泵浦效率。这个波段的激光在生物医疗、光参量振荡及光电对抗等领域有着重要的应用。

Description

Nd, Er:GSAG激光晶体及其制备方法
技术领域     
本发明属于激光晶体材料领域，具体是关于一种综合性能优良的Nd, Er:GSAG激光晶体及其制备方法。
背景技术
Er3+离子的2.7-3μm波段激光在医疗、科学研究及军事等领域有着重要的应用。但在单掺Er3+的激光材料中，由于Er3+的高效吸收带与目前发展成熟的LD激光波长不匹配，因此泵浦效率较低。为了提高泵浦效率，采用Nd3+离子对Er3+离子进行敏化，把Nd3+离子吸收的能量转移给Er3+离子，由于Nd3+离子在中心波长为808nm波段有非常强的吸收，因此，用Nd3+对Er3+进行有效的敏化，可以大大提高泵浦效率，同时中心波长为808nm的LD激光器是发展成熟的半导体激光器，采用中心波长为808nm的LD激光器作为泵浦源，为Nd,Er:GSAG实现高效激光输出创造了条件。Nd3+离子敏化的Er:GSAG，也可以用中心波长为880nm的半导体激光器泵浦，实现2.7-2.9m的激光输出。此外，由于Nd3+的敏化，Er3+离子激光下能级4I13/2的寿命可以减小，同时由于Er3+离子的激光上能级4I11/2与敏化离子Nd3+之间不发生交叉弛豫，因此Er3+上能级4I11/2的寿命基本不改变，所以采用Nd3+离子对Er:GSAG进行敏化，不仅能提高泵浦效率，降低振荡阈值，而且对于抑制由于激光下能级寿命较长引起的饱和终止也是有利的。
Nd,Er:GSAG晶体可采用中心波长在808nm或880nm的半导体激光泵浦，降低了激光器的复杂程度，有利于设备小型化。另外，通过60Co γ射线辐照实验表明基质GSAG本身具有抗辐射功能，所以Nd,Er:GSAG晶体还可以满足辐射环境和空间环境应用的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Nd, Er:GSAG激光晶体及其制备方法，是采用熔体法生长出大尺寸优质的Nd,Er:GSAG石榴石单晶，实现高效激光输出的抗辐射Nd,Er: GSAG激光晶体。
本发明的技术方案是通过以下方式实现的：2.7-2.9微米Nd, Er:GSAG激光晶体，该晶体的化学式为Nd3+,Er3+:Gd3Sc2Al3O12简写成Nd,Er:GSAG，分子式Nd3xEr3yGd3(1-x-y)Sc2Al5O12，其中0.001≤x≤0.2，0.005≤y≤0.5。
所述的该晶体使用中心波长在808nm或880nm附近的半导体激光作为泵浦源。
一种制备2.7-2.9微米Nd, Er:GSAG激光晶体的方法，包括以下步骤：1）采用固相法制备晶体生长原料、2）加热熔化晶体生长原料、3）选取籽晶、4）定向生长，其特征在于：
1）采用固相法制备晶体生长原料：用Nd2O3、Er2O3、Gd2O3、Sc2O3、Al2O3作为起始原料，按照下述化学反应式
3xNd2O3+3yEr2O3+3(1-x-y)Gd2O3+2Sc2O3+3Al2O3=2Nd3x Er3y Gd(3-3x-3y)Sc2Al3O12  
称取各个组分原料，充分混合后，通过冷等静压将混合原料压制成饼后，在1000～1500℃高温烧结12～170个小时，降温到室温，获得晶体生长的初始原料；
2）加热熔化晶体生长原料：将上述的的晶体生长初始原料放入坩埚中，在真空、氮气氛、氩气氛、CO气氛或者含2％体积氧的氮气氛、氩气氛中加热，使原料充分熔化并恒温4～170小时后，获得晶体生长的熔体；
3）选取籽晶：采用不掺杂的钆炕铝石榴石Gd3Sc2Al5O12、掺杂钆炕铝石榴石Nd3x Er3y Gd3(1-x-y)Sc2Al5O12、Nd3x Gd3(1-x)Sc2Al5O12或者Er3y Gd3(1-y)Sc2Al5O12作为籽晶，籽晶方向为<111>、<001>、<100>或<010>；
4）定向生长：将步骤2）的熔体冷心降温至Nd,Er:GSAG熔点后，将Gd3Sc2Al5O12、Nd3x Er3y Gd3(1-x-y)Sc2Al5O12、Nd3x Gd3(1-x)Sc2Al5O12或Er3y Gd3(1-y)Sc2Al5O12作为籽晶，用提拉法、温梯法、热交换法、坩埚下降法或者泡生法进行定向生长，即获得Nd,Er:GSAG激光晶体。
所述的步骤2）中晶体生长过程中存在组分分凝效应，设所述Nd,Er:GSAG晶体中某种元素的有效分凝系数为k，k＝0.01-1，则当所述的步骤1)－步骤2)中Nd、Er的化合式中该元素的化合物的质量为W时，则在配料中调整为W/k。
本发明的Nd,Er:GSAG激光晶体适合在空间环境中使用。由于Nd3+离子在808nm有非常强的吸收，而808nm高功率半导体激光器已发展的较为成熟，因此，用Nd3+对Er3+进行有效的敏化，将吸收的能量转移给Er3+离子,可达到提高对泵浦光吸收效率、降低激光振荡阈值及抑制饱和终止的目的。因此,Nd,Er:GSAG晶体有望成为一种半导体激光泵浦适合空间使用的高效激光晶体。用Nd,Er:GSAG晶体产生的2.7-2.9μm波段激光在医疗、科学研究及军事等领域有着重要的应用。除可满地面应用的要求外，还可以满足辐射环境和空间环境应用的需要。
具体实施方式
实施例1:
制备 Nd、Er掺杂浓度分别为1at％、30at％的Nd,Er:GSAGO4单晶：
1、采用Nd2O3、Er2O3、Gd2O3、Sc2O3、Al2O3作为原料，按如下化合式进行配料，取(Eq.1)中的x=0.01/c，y=0.3/ d，设Nd、Er在GSAG晶体生长中其分凝系数分别为c、d，则(Eq.1)化学反应式为
0.03/cNd2O3+0.9/d Er2O3+(3-0.03/c-0.9/d) Gd2O3+2Sc2O3+3Al2O3=
2Nd0.03/c  Er0.9/d  Gd3 (1-0.01/c-0.3/d)Sc2Al3O12
设T=10.0943 /c+ 344.265/d+(1-0.01/c-0.3/d)×1087.49+581.704，
X=(10.0943 /c)/T，
Y=(344.265/d)/T，
Z=(1-0.01/c-0.3/d)×1087.49/T，
U=275.82 /T，
V=305.884 /T，
设需要制备的原料为W克，则原料各组分的成分如下：
Nd2O3       WX克
 Er2O3        WY克
Gd2O3          WZ克
Sc2O3           WU克
Al2O3           WV克
并将这些原料充分混合均匀，得到配料混合物。
2、将混合均匀的原料混合物压制成饼状，在1250℃之间进行烧结，烧结时间为10～48小时，获得晶体生长的初始原料；或者压制成形后的原料不经额外烧结而直接用作生长晶体原料；
3、把晶体生长初始原料放入生长坩埚内，通过加热并充分熔化，获得晶体生长初始熔体；然后采用熔体提拉法晶体生长工艺，用<111>方向的GSAG生长长，获得Nd,Er:GSAG单晶。

Claims (2)

1.Nd, Er:GSAG激光晶体的制备方法，该晶体的化学式为Nd3+,Er3+:Gd3Sc2Al3O12简写成Nd,Er:GSAG，分子式Nd3xEr3yGd3(1-x-y)Sc2Al5O12，其中0.001≤x≤0.2，0.005≤y≤0.5，包括以下步骤：1）采用固相法制备晶体生长原料、2）加热熔化晶体生长原料、3）选取籽晶、4）定向生长；其特征在于：
1）、采用固相法制备晶体生长原料：用Nd2O3、Er2O3、Gd2O3、Sc2O3、Al2O3作为起始原料，按照以下化学反应式 3xNd2O3+3yEr2O3+3(1-x-y)Gd2O3+2Sc2O3+3Al2O3=2Nd3x Er3y Gd(3-3x-3y)Sc2Al3O12  
称取各个组分原料，充分混合后，通过冷等静压将混合原料压制成饼后，在1000～1500℃高温烧结12～170个小时，降温到室温，获得晶体生长的初始原料；
2）、加热熔化晶体生长原料：将上述的的晶体生长初始原料放入坩埚中，在真空、氮气氛、氩气氛、CO气氛或者含2％体积氧的氮气氛、氩气氛中加热，使原料充分熔化并恒温4～170小时后，获得晶体生长的熔体；
3）、选取籽晶：采用不掺杂的钆炕铝石榴石Gd3Sc2Al5O12、掺杂钆炕铝石榴石Nd3x Er3y Gd3(1-x-y)Sc2Al5O12、Nd3x Gd3(1-x)Sc2Al5O12或者Er3y Gd3(1-y)Sc2Al5O12作为籽晶，籽晶方向为<111>、<001>、<100>或<010>；
4）、 定向生长：将步骤2）中晶体生长的熔体冷心降温至Nd,Er:GSAG熔点后，将Gd3Sc2Al5O12、Nd3x Er3y Gd3(1-x-y)Sc2Al5O12、Nd3x Gd3(1-x)Sc2Al5O12或Er3y Gd3(1-y)Sc2Al5O12作为籽晶，用提拉法、温梯法、热交换法、坩埚下降法或者泡生法进行定向生长，即获得Nd,Er:GSAG激光晶体。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤2）中晶体生长过程中存在组分分凝效应，设所述Nd,Er:GSAG晶体中某种元素的有效分凝系数为k，k＝0.01-1，则当所述的步骤1)－步骤2)中Nd、Er的化合式中该元素的化合物的质量为W时，则在配料中调整为W/k。
CN201310005611.0A 2013-01-08 2013-01-08 Nd, Er:GSAG激光晶体及其制备方法 Expired - Fee Related CN103696007B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310005611.0A CN103696007B (zh) 2013-01-08 2013-01-08 Nd, Er:GSAG激光晶体及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310005611.0A CN103696007B (zh) 2013-01-08 2013-01-08 Nd, Er:GSAG激光晶体及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103696007A CN103696007A (zh) 2014-04-02
CN103696007B true CN103696007B (zh) 2014-08-27

Family

ID=50357664

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310005611.0A Expired - Fee Related CN103696007B (zh) 2013-01-08 2013-01-08 Nd, Er:GSAG激光晶体及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103696007B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107419334A (zh) * 2017-08-10 2017-12-01 中国科学院福建物质结构研究所 一种晶体材料、其制备方法及作为激光晶体的应用
CN109112633B (zh) * 2018-09-18 2020-04-10 安徽晶宸科技有限公司 一种高效中红外激光晶体Er,Pr:YSAG及其制备和实现中红外激光输出的方法
CN114921852A (zh) * 2022-05-26 2022-08-19 安徽工业大学 一种Ce3+掺杂的石榴石单晶体、其制备方法、应用及黄光警示器件

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
M. Grinberg等.Pressure dependence of electron-phonon coupling in Ce3+ -doped Gd3Sc2Al3O12 garnet crystals.《Physical Review B》.2004,第69卷第205101-1页.
M. Grinberg等.Pressure dependence of electron-phonon coupling in Ce3+-doped Gd3Sc2Al3O12 garnet crystals.《Physical Review B》.2004,第69卷第205101-1页. *
M. Kh. Ashurov等.Nonradiative losses due to the 4/11/2-4/13/2 transition of the Er3+ ion in Y3Al5O12, Gd3Sc2Al3O12, Y3Ga5O12, Gd3Ga5O12, and CaF2 crystals.《Sov. J. Quantum Electron》.1978,第8卷(第5期),第588页第4段.
Nd: GSAG纳米粉体的合成、晶体结构及光谱;苏静等;《中国稀土学报》;20121231(第6期);摘要 *
Nonradiative losses due to the 4/11/2-4/13/2 transition of the Er3+ ion in Y3Al5O12, Gd3Sc2Al3O12, Y3Ga5O12, Gd3Ga5O12, and CaF2 crystals;M. Kh. Ashurov等;《Sov. J. Quantum Electron》;19780531;第8卷(第5期);第588页第4段 *
苏静等.Nd: GSAG纳米粉体的合成、晶体结构及光谱.《中国稀土学报》.2012,(第6期),摘要.

Also Published As

Publication number Publication date
CN103696007A (zh) 2014-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jia et al. Study on crystal growth of large size Nd3+: Gd3Ga5O12 (Nd3+: GGG) by Czochralski method
CN102976287B (zh) BaGa2GeSe6化合物、BaGa2GeSe6非线性光学晶体及制法和用途
CN101476156B (zh) 掺杂钆钇钪镓石榴石、钆钇钪镓铝石榴石及其熔体法晶体生长方法
CN106521625B (zh) 掺四价铬氧化镓晶体及制备方法与应用
CN103710755A (zh) 稀土共掺激活的钇铝钪石榴石发光材料及其熔体法晶体生长方法
CN110607559A (zh) 一种高效近红外抗辐照激光晶体及其制备方法
CN102946048A (zh) 一种基于硅钛钡石结构晶体的拉曼激光器
CN103696007B (zh) Nd, Er:GSAG激光晶体及其制备方法
CN103194796A (zh) 钬镨共掺氟化镥锂中红外激光晶体及其制备方法
CN110468452B (zh) 一种中红外铥钬共掺倍半氧化物激光单晶光纤及其制备方法和应用
Zhang et al. Growth of new laser crystal Nd: LuVO4 by the Czochralski method
CN106676635B (zh) 一类碲酸盐晶体及其生长方法与应用
CN103924297A (zh) 钬镱镨三掺氟化镥锂中红外激光晶体及其制备方法
Jia et al. Growth and properties of Nd:(LuxGd1− x) 3Ga5O12 laser crystal by Czochralski method
Li et al. Thermal and laser properties of Yb: YAl3 (BO3) 4 crystal
CN109112633B (zh) 一种高效中红外激光晶体Er,Pr:YSAG及其制备和实现中红外激光输出的方法
CN103451730B (zh) Cd4RO(BO3)3化合物、Cd4RO(BO3)3光学晶体及制法和用途
CN102277620A (zh) 一种高效抗辐射激光晶体及制备方法
CN112941630B (zh) 一种镝镥铝三掺的镓酸镧钙中红外激光晶体及其制备方法和应用
CN103696008B (zh) Yb, Er:GSAG激光晶体及其制备方法
WO2014201672A1 (zh) Li4Sr(BO3)2化合物、Li4Sr(BO3)2非线性光学晶体及其制法和用途
CN105887200A (zh) 一种铥钬共掺镓酸锶镧激光晶体、制造方法及其应用
CN102899721A (zh) 铒掺杂硼酸锶镱晶体及其制备方法与用途
CN105821478A (zh) 一种铥钬共掺镓酸钡镧激光晶体、制造方法及其应用
CN114635179B (zh) 一种宽谱带中红外Er,Dy:YAP激光晶体及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20140827

Termination date: 20150108

EXPY Termination of patent right or utility model