CN104498034B - 钕离子掺杂氧化钪氧化镥混晶激光材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种钕离子掺杂氧化钪氧化镥混晶材料及其制备方法，钕离子掺杂氧化钪氧化镥混晶材料的分子式为：Nd：LuxSc2-xO3，其中x的取值范围为：0.1≤x≤1.9。Nd3+是典型的四能级离子，由于激光下能级与基态相距较远，所以泵浦阈值较低，且它的吸收截面和发射截面都比较大，是非常好的激光增益介质。Nd：LuxSc2-xO3激光材料优异的光学特性、热学性能使其成为发光二极管，产生超短脉冲飞秒激光的增益介质的完美选择。
Description
技术领域
本发明属于激光材料，特别是一种钕离子掺杂氧化钪氧化镥混晶激光材料及其制备方法。
背景技术
固体激光器的发展就是朝着降低激光介质材料热效应以提高输出功率和输出光束质量的目的发展，固体激光器的激光介质材料有棒状转变为板条状，抽运源由灯转变为激光二极管，并选择激光二极管光谱与激光介质吸收光谱相匹配，使得激光二极管抽运的固体激光器中激光介质材料的热效应大为降低，但是在激光介质材料吸收的泵浦能量中，仍有很大一部分光能转化为热能沉积在介质内部，而散热又要求对其表面进行冷却，这使得激光介质材料内部产生温度梯度和热应力，从而引起介质材料折射率发生变化，导致热效应的存在，尤其是在高功率固体激光器中激光介质材料的热效应极为显著，这一方面导致光束质量的破坏，如热透镜效应、热致双折射退偏、热致波前畸变等，另一方面，热应力过大甚至会使激光介质材料炸裂，制备了泵浦功率密度的提高，进而影响输出激光能量和重复频率的提高。固体激光介质材料的热效应严重制约着固体激光器的发展，因此迫切需要对激光介质中的热效应进行控制，寻找能够优异热效应的材料具有重要意义。
目前，世界各国的激光科学家们在飞秒激光领域展开激烈的竞争，飞秒激光技术的发展朝着更短脉冲的方向发展，这就要求材料具有更大的发射带宽，而LuxSc2-xO3激光材料相对传统的YAG增益介质有着更宽的发射截面、超高的热导率，正是科学家们迫切需要的激光增益介质，但是LuxSc2-xO3材料的熔点非常高，用传统的晶体生长方法对坩埚的要求非常高，且很难获得大尺寸烧结品，因此发展新的LuxSc2-xO3材料制备方法迫在眉睫。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供了一种钕离子掺杂氧化钪氧化镥混晶激光材料及其制备方法，该激光材料可以采用LD直接泵浦。制备方法显著的降低的烧结温度，适宜大尺寸制造，批量生产，能有效改善材料热效应对激光输出的影响，具有重大突破意义。
本发明的技术解决方案如下：
一种钕离子掺杂氧化钪氧化镥混晶激光材料，其特点在于该激光材料的分子式为Nd：LuxSc2-xO3，其中x的取值范围为：0.1≤x≤1.9。
上述钕离子掺杂氧化钪氧化镥混晶激光材料的制备方法，该方法的具体步骤如下：
1)选定x的取值，按Nd：LuxSc2-xO3的摩尔比将Lu2O3、Sc2O3、Nd2O3经过200-250目筛过筛称量后装入圆形或方形模具中压制成块体；
2)将所述的块体放入真空烧结炉中，抽真空至10-3Pa以下，加热至1600-1800℃，保温3-10h，选取致密度≥90％的烧结品；
3)将所述的致密度≥90％的烧结品放入热等静压炉中，在Ar气气氛下加压至200-300MPa，加热至1800-2000℃，保温5-20h，得到Nd：LuxSc2-xO3混晶激光材料。
本发明的技术效果：
1.由于Nd3+是典型的四能级离子，激光下能级与基态相距较远，所以泵浦阈值较低。此钕离子掺杂氧化钪氧化镥混晶激光材料可以满足日益发展的固体激光技术及飞秒光学的需要。
2.通过前期研究我们发现，Nd：LuxSc2-xO3的发射光谱比Nd：Lu2O3和Nd：Sc2O3更宽，有利于实现超短脉冲激光输出。
3.Nd：LuxSc2-xO3热导率达到了15.5W/m·K，高的热导率可以更有效的散热，从而改善激光热效应对激光输出质量的影响。
4.本发明相比较单晶生长工艺极大的降低烧结温度，此材料工艺简单适宜批量生产，能够满足激光技术迅猛发展的市场需求，具有良好的经济效益和价值。
附图说明
图1是Nd3+离子在LuScO3，Lu2O3，Sc2O3中的荧光光谱及发射带宽。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
按照分子式进行原料配比，利用热等静压法制备Nd：LuScO3，原料配比中取x＝1。首先将高纯的Lu2O3、Sc2O3、Nd2O3粉体按上述配比称重，机械混合均匀后，经过200目筛过筛称量后装入直径40mm的圆形模具中在3kPa压强下压制成型，将制备好的块体放入真空烧结炉中，抽真空至9×10-4Pa，加热至1600℃，保温3h，得到致密度＝90％的样品；将得到的致密度＝90％的样品放入热等静压炉中，在Ar气气氛下加压至200MPa，加热至1800℃，保温5h，得到高质量的Nd：LuScO3混晶激光材料，利用制备的Nd：LuScO3混晶，抛光加工镀膜，进行激光腔设计，采用808nmLD泵浦，获得1064nm激光输出。
实施例2
按照分子式进行原料配比，利用热等静压法制备Nd：LuScO3，原料配比中取x＝1。首先将高纯的Lu2O3、Sc2O3、Nd2O3粉体按上述配比称重，机械混合均匀后，经过250目筛过筛称量后装入直径60mm的圆形模具中在6kPa压强下压制成型，将制备好的块体放入真空烧结炉中，抽真空至1×10-3Pa，加热至1800℃，保温10h，得到致密度＝98％的样品；将得到的致密度＝98％的样品放入热等静压炉中，在Ar气气氛下加压至300MPa，加热至2000℃，保温20h，得到高质量的Nd：LuScO3混晶激光材料，利用制备的Nd：LuScO3混晶，抛光加工镀膜，进行激光腔设计，采用808nmLD泵浦，获得1064nm激光输出。使用808nm激光泵浦Nd:Lu2O3单晶、Nd:Sc2O3单晶、制备得到的Nd：LuScO3混晶激光材料，得到图1中所示荧光光谱，发现1064nm附近带宽明显变宽。
实施例3
按照分子式进行原料配比，利用热等静压法制备Nd：Lu1.9Sc0.1O3，原料配比中取x＝1。首先将高纯的Lu2O3、Sc2O3、Nd2O3粉体按上述配比称重，机械混合均匀后，经过225目筛过筛称量后装入长80mm，宽80mm的方形模具中在5.5kPa压强下压制成型，将制备好的块体放入真空烧结炉中，抽真空至5×10-4Pa，加热至1700℃，保温6.5h，得到致密度＝95％的样品；将得到的致密度＝95％的样品放入热等静压炉中，在Ar气气氛下加压至250MPa，加热至1900℃，保温12.5h，得到高质量的Nd：LuScO3混晶激光材料，利用制备的Nd：LuScO3混晶，抛光加工镀膜，进行激光腔设计，采用808nmLD泵浦，获得1064nm激光输出。
实施例4
按照分子式进行原料配比，利用热等静压法制备Nd：Lu0.1Sc1.9O3，原料配比中取x＝0.1。首先将高纯的Lu2O3、Sc2O3、Nd2O3粉体按上述配比称重，机械混合均匀后，经过200目筛过筛称量后装入长140mm，宽40mm的方形模具中在8kPa压强下压制成型，将制备好的块体放入真空烧结炉中，抽真空至9×10-4Pa，加热至1800℃，保温10h，得到致密度＝96％的样品；将得到的致密度＝96％的样品放入热等静压炉中，在Ar气气氛下加压至300MPa，加热至2000℃，保温20h，得到高质量的Nd：Lu0.1Sc1.9O3混晶激光材料，利用制备的Nd：Lu0.1Sc1.9O3混晶，抛光加工镀膜，进行激光腔设计，采用808nmLD泵浦，获得1064nm激光输出。
实施例5
按照分子式进行原料配比，利用热等静压法制备Nd：Lu1.9Sc0.1O3，原料配比中取x＝1.9。首先将高纯的Lu2O3、Sc2O3、Nd2O3粉体按上述配比称重，机械混合均匀后，经过200目筛过筛称量后装入长140mm，宽40mm的方形模具中在8kPa压强下压制成型，将制备好的块体放入真空烧结炉中，抽真空至5×10-4Pa，加热至1700℃，保温6.5h，得到致密度＝95％的样品；将得到的致密度＝95％的样品放入热等静压炉中，在Ar气气氛下加压至250MPa，加热至1900℃，保温12.5h，得到高质量的Nd：Lu1.9Sc0.1O3混晶激光材料，利用制备的Nd：Lu1.9Sc0.1O3混晶，抛光加工镀膜，进行激光腔设计，采用808nmLD泵浦，获得1064nm激光输出。
Claims (1)
1.一种钕离子掺杂氧化钪氧化镥混晶激光材料的制备方法，该激光材料的分子式为Nd：LuxSc2-xO3，其中x的取值范围为：0.1≤x≤1.9，其特征在于，该方法的具体步骤如下：
(1)选定x的取值，按Nd：LuxSc2-xO3的摩尔比将Lu2O3、Sc2O3、Nd2O3经过200-250目筛过筛称量后装入圆形或方形模具中压制成块体；
(2)将所述的块体放入真空烧结炉中，抽真空至10-3Pa以下，加热至1600-1800℃，保温3-10h，选取致密度≥90％的烧结品；
(3)将所述的致密度≥90％的烧结品放入热等静压炉中，在Ar气气氛下加压至200-300MPa，加热至1800-2000℃，保温5-20h，得到Nd：LuxSc2-xO3混晶激光材料。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101445727A (zh) * | 2008-12-30 | 2009-06-03 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 掺杂铌酸盐、钽酸盐及其混晶发光材料及其熔体法晶体生长方法 |
| CN101871125A (zh) * | 2010-06-03 | 2010-10-27 | 山东大学 | 高温稀土氧化物激光晶体及其制备方法 |
| CN102127437A (zh) * | 2010-12-15 | 2011-07-20 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 掺杂ⅱa族稀土氧化物发光材料及其熔体法生长方法 |
| JP2014221706A (ja) * | 2013-05-14 | 2014-11-27 | 株式会社オハラ | 複合材料及びその製造方法 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101445727A (zh) * | 2008-12-30 | 2009-06-03 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 掺杂铌酸盐、钽酸盐及其混晶发光材料及其熔体法晶体生长方法 |
| CN101871125A (zh) * | 2010-06-03 | 2010-10-27 | 山东大学 | 高温稀土氧化物激光晶体及其制备方法 |
| CN102127437A (zh) * | 2010-12-15 | 2011-07-20 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 掺杂ⅱa族稀土氧化物发光材料及其熔体法生长方法 |
| JP2014221706A (ja) * | 2013-05-14 | 2014-11-27 | 株式会社オハラ | 複合材料及びその製造方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Spectroscopy and laser operation of Nd-doped mixed sesquioxides (Lu1−xScx)2O3;F. Reichert等;《Appl Phys B》;20120724;第108卷;475-478 * |
| 纳米Yb:LuScO_3的制备和发光;丁丽华等;《发光学报》;20081015(第05期);875-878 * |
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