CN105603524A - 磷酸钇系列激光晶体及其制备方法和用途 - Google Patents

磷酸钇系列激光晶体及其制备方法和用途 Download PDF

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CN105603524A CN201410663983.7A CN201410663983A CN105603524A CN 105603524 A CN105603524 A CN 105603524A CN 201410663983 A CN201410663983 A CN 201410663983A CN 105603524 A CN105603524 A CN 105603524A
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潘世烈
王颖
武奎
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Abstract

本发明涉及一种磷酸钇系列激光晶体及其制备方法和用途，该晶体的结构通式为Y1-xRExPO4，其中RE为激活离子，是三价过渡金属元素Cr以及镧系元素Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb中的一种或两种或三种；0＜x＜0.5，该类晶体属于四方晶系，锆石型结构，空间群<i>I</i>41/<i>amd</i>。该类晶体采用助熔剂法生长单晶，可作为固体激光器的工作物质，被闪光灯、半导体激光或其他光源泵浦而输出固体激光。

Description

磷酸钇系列激光晶体及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及一磷酸钇系列激光晶体及其制备方法和用途，属于激光晶体材料领域。
背景技术
固体激光器系统由于其结构紧凑、使用方便、激光光束质量高、运行稳定，与其他激光器相比具有明显的优势，因而受到广泛的关注。目前的固体激光器大多采用激光晶体作为其工作物质。激光晶体一般由基质晶体和激活离子(过渡族或稀土离子)两部分构成，其各种物理和化学性质主要由基质材料决定，而其光谱特性和荧光寿命等则由激活离子的能级结构决定。虽然迄今已发现了数百种激光晶体，但由于各种原因，能真正得到实际应用的激光晶体只有十来种。目前，应用最广泛的激光晶体是掺钕离子的钇铝石榴石(YAG)晶体，其具有较好的各种物理和化学性能，制备成本低廉。但它存在着吸收谱线窄，不适宜于用激光二极管(LD)来进行泵浦的缺点。钒酸钇(YVO4)作为激光基质材料几乎与YAG同时出现，它是四方相的锆石型结构，具有很好的双折射性、导热性、热胀性等基质材料需要的优良特性，特别是其在微型全固态激光器的LD泵浦源的应用。YVO4晶体曾用熔盐法、火焰法、提拉法等生长，但未能得到高光学质量的晶体，晶体内的包裹物缺陷严重。其主要的困难是熔点高(熔点1840℃)，在生长过程中由于组分中的V挥发变价，使晶体容易出现包裹物等晶体缺陷，使晶体的质量和成品率难以得到保证。近年来提拉法虽有突破，可以得到高光学质量的单晶，但成品率还较低。
磷酸钇(YPO4)与钒酸钇晶体同构，其结构中P原子取代V原子位置。与钒酸钇比较，磷酸钇晶体透光范围更宽，并且没有因钒元素在高温下变价导致的晶体缺陷；因此，磷酸钇可替代钒酸钇作为优异的激光基质晶体材料。通常在磷酸钇基质晶体掺入激活离子RE3+形成RE：YPO4(分子式为Y1-xRExPO4，RE为三价过渡金属元素Cr或镧系元素Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb中某一元素或若干元素的组合，x＝0～0.5)激光晶体，是制作小型化、高效率、低阈值的二极管泵浦激光器的优选材料，有望用于半导体泵浦激光器。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一系列以磷酸钇为基质的RE:YPO4激光晶体。
本发明的另一目的在于提供RE:YPO4激光晶体的生长方法，采用高温熔液法生长单晶体。
本发明的再一目的在于提供RE:YPO4激光晶体的用途，该类晶体可作为固体激光器的工作物质，被闪光灯、半导体激光或其他光源泵浦而输出固体激光。
本发明所述的一种磷酸钇系列激光晶体，该晶体化学式为Y1-xRExPO4，其中RE为激活离子，是三价过渡金属元素Cr以及镧系元素Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb中一种或两种或三种；0＜x＜0.5，该类晶体属于四方晶系，锆石型结构，空间群I41/amd。
所述的磷酸钇系列激光晶体的制备方法，其特征在于采用高温熔液法生长晶体，具体操作步骤按下进行：
a、按化学式Y1-xRExPO4分别称取摩尔比的Y2O3，NH4H2PO4或P2O5，三价过渡金属Cr或镧系氧化物RE2O3混合研磨并均匀压块，在空气气氛下烧结温度为900℃-1200℃，保温8-24h得到多晶原料；
b、将步骤a烧结好的多晶原料与助熔剂以质量比1:1-5研磨后置于铂金坩埚中，装炉，加热至温度1000℃-1300℃得混合熔液，恒温1-50小时，将熔液降温至950-1200℃，在熔液表面下籽晶，以0-20转/分钟的转速旋转籽晶，晶体生长温度在900℃-1200℃之间，以0.1-1℃/天的速率缓慢降温，晶体生长周期7-21天；
c、待单晶生长到所需尺度后，使晶体脱离熔液液面，以温度1-100℃/h的速率降至室温，然后缓慢从炉膛中取出，即可获得磷酸钇系列激光晶体。
步骤b中助熔剂为磷酸二氢铵、五氧化二磷、碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、硼酸、焦磷酸铅、偏磷酸锂、偏磷酸钠、偏磷酸钾、焦磷酸锂、焦磷酸钠、焦磷酸钾中一种或两种或三种，其具体比例和化学组成根据不同晶体生长条件确定。
所述的磷酸钇系列激光晶体在制备固体激光器中的用途。
本发明所述的磷酸钇系列激光晶体，该RE:YPO4系列激光晶体，其分子式为Y1-xRExPO4,其中RE为激活离子，是三价过渡金属元素Cr以及镧系元素Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb中一种或两种或三种的组合；RE激活离子部分替代晶体基质中Y3+离子位置，其种类是根据泵浦源、激光腔和应用需要等因素确定；x的取值根据掺杂离子种类和激光运转需要在0＜x＜0.5之间变化；该类晶体属于四方晶系，锆石型结构,空间群I41/amd，其中基质晶体YPO4的晶胞参数为Z＝4；掺杂RE:YPO4激光晶体的晶胞参数可能随RE和x值的变化而有所变化。该类激光晶体除了过渡金属或镧系金属带来的特征谱线外，在150nm至3300nm波段透明。
本发明所述的磷酸钇系列激光晶体制备方法，该方法利用助熔剂法生长晶体，可以获得厘米量级、高质量的RE:YPO4激光晶体材料。
本发明所述的磷酸钇系列激光晶体用途，该RE:YPO4系列激光晶体材料具有良好的光学、机械和热导性能，较高的化学稳定性，而且便于生长。该类晶体可作为固体激光器的工作物质，被闪光灯、半导体激光或其他光源泵浦而输出固体激光。
附图说明
图1为本发明激光二极管(LD)泵浦的磷酸钇固体激光器的示意图，其中1为LD2为聚光系统，3为后反射镜，4为激光工作物质，5为输出耦合镜。
具体实施方式
实施例1：Cr:YPO4激光晶体
制备Cr:YPO4晶体：具体的化学方程式为：xCr2O3+(1-x)Y2O3+2NH4H2PO4→2Y1-xCrxPO4+2NH3↑+3H2O；
取x＝0.01，所用原料(分析纯)：Cr2O3、Y2O3、NH4H2PO4，所用助熔剂为分析纯的磷酸二氢铵、硼酸和碳酸钾按摩尔比1∶1∶2混合；
将原料按化学式分别按摩尔比严格称量，放入研钵中混合研磨，并均匀压块，装入铂金坩埚中，在马弗炉中温度1200℃空气气氛下烧结8小时得到多晶料；
然后将多晶料与助熔剂磷酸二氢铵、硼酸和碳酸钾混合物按质量比为1:1混合均匀后装入铂金坩埚中，放入晶体生长炉，升温至1100℃使多晶料熔化，恒温12小时得混合熔液，将熔液降温至1050℃，在混合熔液表面下籽晶，不旋转籽晶，晶体生长温度范围为1030℃到1020℃，以温度0.5℃/天的速率缓慢降温，晶体生长周期为14天；
待单晶生长到所需尺度后，使晶体脱离熔液液面，以温度30℃/h的速率降至室温，然后缓慢从炉膛中取出，即可得到40mm×30mm×30mm的Cr:YPO4晶体，随后可对生长的晶体进行加工、抛光。
实施例2：Cr:YPO4晶体
制备Cr:YPO4晶体,具体的化学方程式为：xCr2O3+(1-x)Y2O3+2NH4H2PO4→2Y1-xCrxPO4+2NH3↑+3H2O；
取x＝0.02，所用原料(分析纯)：Cr2O3、Y2O3、NH4H2PO4，助熔剂为分析纯的焦磷酸铅；
将原料按化学式分别按摩尔比严格称量，放入研钵中混合研磨，并均匀压块，装入铂金坩埚中，在马弗炉中1200℃空气气氛下烧结8小时得到多晶料；
然后将多晶料与助熔剂焦磷酸铅按质量比为1:2混合均匀后装入铂金坩埚中，放入晶体生长炉，升温至1300℃使多晶料熔化，恒温1小时得混合熔液，将熔液降温至1200℃，在混合熔液表面下籽晶，晶体生长温度范围为1200℃到1190℃，以温度1℃/天的速率缓慢降温，不旋转籽晶，晶体生长周期为7天；
待单晶生长到所需尺度后，使晶体脱离熔液液面，以温度100℃/小时的速率降至室温，然后缓慢从炉膛中取出，即可得到厘米级的Cr:YPO4晶体，随后可对生长的晶体进行加工、抛光。
实施例3：Nd:YPO4晶体
制备Nd:YPO4晶体,具体的化学方程式为：xNd2O3+(1-x)Y2O3+2NH4H2PO4→2Y1-xNdxPO4+2NH3↑+3H2O；
本实例中取x＝0.05，所用原料(分析纯)：Nd2O3、Y2O3、NH4H2PO4，助熔剂为分析纯的偏磷酸钠；
将原料按化学式分别按摩尔比严格称量，放入研钵中混合研磨，并均匀压块，装入铂金坩埚中，在马弗炉中900℃空气气氛下烧结24小时得到多晶料；
然后将多晶料与助熔剂偏磷酸钠按质量比1:5混合均匀后装入铂金坩埚中，放入晶体生长炉，升温至1000℃使多晶料熔化，恒温50小时得混合熔液，将熔液降温至950℃，在混合熔液表面下籽晶，晶体生长温度范围为940℃到930℃，以温度0.1℃/天的速率缓慢降温，以20转/分钟的转速旋转籽晶，晶体生长周期为21天；
待单晶生长到所需尺度后，使晶体脱离熔液液面，以温度1℃/小时的速率降至室温，然后缓慢从炉膛中取出，即可得到20mm×10mm×10mm的Nd:YPO4晶体，随后可对生长的晶体进行加工、抛光。
实施例4：Cr,Nd:YPO4晶体
制备Cr和Nd双掺杂的Cr,Nd:YPO4晶体,具体的化学方程式为：xyCr2O3+x(1-y)Nd2O3+(1-x)Y2O3+2NH4H2PO4→2Y1-x(CryNd1-y)xPO4+2NH3↑+3H2O；
取x＝0.05,y＝0.5，所用原料(分析纯)：Cr2O3,Nd2O3、Y2O3、NH4H2PO4，助熔剂为分析纯的偏磷酸锂和偏磷酸钾按摩尔比1∶1混合；
将原料按化学式分别按摩尔比严格称量，放入研钵中混合研磨，并均匀压块，装入铂金坩埚中，在马弗炉中900℃空气气氛下烧结24小时得到多晶料；
然后将多晶料与助熔剂偏磷酸锂和偏磷酸钾混合物按质量比为1:3混合均匀后装入铂金坩埚中，放入晶体生长炉，升温至1050℃使多晶料熔化，恒温20小时得混合熔液，将熔液降温至1000℃，在混合熔液表面下籽晶，晶体生长温度范围为990℃到980℃，以温度0.3℃/天的速率缓慢降温，以5转/分钟的转速旋转籽晶，晶体生长周期为21天；
待单晶生长到所需尺度后，使晶体脱离熔液液面，以温度10℃/小时的速率降至室温，然后缓慢从炉膛中取出，即可得到20mm×10mm×10mm的Cr,Nd:YPO4晶体，随后可对生长的晶体进行加工、抛光。
实施例5：Yb:YPO4晶体
制备Yb:YPO4晶体,具体的化学方程式为：xYb2O3+(1-x)Y2O3+2NH4H2PO4→2Y1-xYbxPO4+2NH3↑+3H2O；
取x＝0.5，所用原料(分析纯)：Yb2O3、Y2O3、NH4H2PO4，助熔剂为分析纯的焦磷酸钾和焦磷酸锂按摩尔比1∶1混合；
将原料按化学式分别按摩尔比严格称量，放入研钵中混合研磨，并均匀压块，装入铂金坩埚中，在马弗炉中1000℃空气气氛下烧结12小时得到多晶料；
然后将多晶料与助熔剂焦磷酸钾和焦磷酸锂混合物按质量比为1:2混合均匀后装入铂金坩埚中，放入晶体生长炉，升温至1100℃使多晶料熔化，恒温24小时得混合熔液，将熔液降温至1000℃，在混合熔液表面下籽晶，晶体生长温度范围为990℃到980℃，以温度0.2℃/天的速率缓慢降温，以10转/分钟的转速旋转籽晶，晶体生长周期为12天；
待单晶生长到所需尺度后，使晶体脱离熔液液面，以温度20℃/小时的速率降至室温，然后缓慢从炉膛中取出，即可得到35mm×20mm×15mm的Yb:YPO4晶体，随后可对生长的晶体进行加工、抛光。
实施例6：Ho:YPO4晶体
制备Ho:YPO4晶体,具体的化学方程式为：xHo2O3+(1-x)Y2O3+2NH4H2PO4→2Y1-xHoxPO4+2NH3↑+3H2O；
取x＝0.1，所用原料(分析纯)：Ho2O3、Y2O3、NH4H2PO4，助熔剂为分析纯的碳酸锂，碳酸钾和硼酸按摩尔比1∶1∶1混合；
将原料按化学式分别按摩尔比严格称量，放入研钵中混合研磨，并均匀压块，装入铂金坩埚中，在马弗炉中1000℃空气气氛下烧结12小时得到多晶料；
然后将多晶料与助熔剂碳酸锂，碳酸钾和硼酸混合物按质量比为1:3混合均匀后装入铂金坩埚中，放入晶体生长炉，升温至1050℃使多晶料熔化，恒温24小时得混合熔液，将熔液降温至1000℃，在混合熔液表面下籽晶，晶体生长温度范围为990℃到980℃，以温度0.3℃/天的速率缓慢降温，以5转/分钟的转速旋转籽晶，晶体生长周期为12天；
待单晶生长到所需尺度后，使晶体脱离熔液液面，以温度30℃/小时的速率降至室温，然后缓慢从炉膛中取出，即可得到30mm×15mm×10mm的Ho:YPO4晶体，随后可对生长的晶体进行加工、抛光。
实施例7：Ce:YPO4晶体
制备Ce:YPO4晶体,具体的化学方程式为：xCe2O3+(1-x)Y2O3+2NH4H2PO4→2Y1-xCexPO4+2NH3↑+3H2O；
取x＝0.02，所用原料(分析纯)：Ce2O3、Y2O3、NH4H2PO4,所用助熔剂为分析纯的五氧化二磷、硼酸和碳酸钠按摩尔比1∶2∶4混合；
将原料按化学式分别按摩尔比严格称量，放入研钵中混合研磨，并均匀压块，装入铂金坩埚中，在马弗炉中温度1200℃空气气氛下烧结8小时得到多晶料；
然后将多晶料与助熔剂五氧化二磷、硼酸和碳酸钠混合物按质量比为1:1混合均匀后装入铂金坩埚中，放入晶体生长炉，升温至1100℃使多晶料熔化，恒温12小时得混合熔液，将熔液降温至1050℃，在混合熔液表面下籽晶，不旋转籽晶，晶体生长温度范围为1040℃到1030℃，，以温度0.5℃/天的速率缓慢降温，晶体生长周期为14天；
待单晶生长到所需尺度后，使晶体脱离熔液液面，以温度30℃/h的速率降至室温，然后缓慢从炉膛中取出，即可得到30mm×15mm×10mm的Ce:YPO4晶体，随后可对生长的晶体进行加工、抛光。
实施例8：Pr:YPO4晶体
制备Pr:YPO4晶体,具体的化学方程式为：xPr2O3+(1-x)Y2O3+2NH4H2PO4→2Y1-xPrxPO4+2NH3↑+3H2O；
取x＝0.01，所用原料(分析纯)：Pr2O3、Y2O3、NH4H2PO4,所用助熔剂为分析纯的硼酸和碳酸锂按摩尔比1∶2混合；
将原料按化学式分别按摩尔比严格称量，放入研钵中混合研磨，并均匀压块，装入铂金坩埚中，在马弗炉中温度1200℃空气气氛下烧结8小时得到多晶料；
然后将多晶料与助熔剂硼酸和碳酸锂混合物按质量比为1:2混合均匀后装入铂金坩埚中，放入晶体生长炉，升温至1100℃使多晶料熔化，恒温12小时得混合熔液，将熔液降温至1050℃，在混合熔液表面下籽晶，不旋转籽晶，晶体生长温度范围为990℃到980℃，以温度0.2℃/天的速率缓慢降温，晶体生长周期为10天；
待单晶生长到所需尺度后，使晶体脱离熔液液面，以温度30℃/h的速率降至室温，然后缓慢从炉膛中取出，即可得到35mm×25mm×15mm的Pr:YPO4晶体，随后可对生长的晶体进行加工、抛光。
实施例9：Sm:YPO4晶体
制备Sm:YPO4晶体,具体的化学方程式为：xSm2O3+(1-x)Y2O3+2NH4H2PO4→2Y1-xSmxPO4+2NH3↑+3H2O；
x＝0.01，所用原料(分析纯)：Sm2O3、Y2O3、NH4H2PO4,所用助熔剂为分析纯的焦磷酸钾和焦磷酸铅按摩尔比1∶1混合；
将原料按化学式分别按摩尔比严格称量，放入研钵中混合研磨，并均匀压块，装入铂金坩埚中，在马弗炉中温度1200℃空气气氛下烧结8小时得到多晶料；
然后将多晶料与助熔剂焦磷酸钾和焦磷酸铅混合物按质量比为1:2混合均匀后装入铂金坩埚中，放入晶体生长炉，升温至1050℃使多晶料熔化，恒温10小时得混合熔液，将熔液降温至1000℃，在混合熔液表面下籽晶，以5转/分钟的转速旋转籽晶，晶体生长温度范围为990℃到980℃，以温度0.5℃/天的速率缓慢降温，晶体生长周期为18天；
待单晶生长到所需尺度后，使晶体脱离熔液液面，以温度20℃/h的速率降至室温，然后缓慢从炉膛中取出，即可得到35mm×25mm×15mm的Sm:YPO4晶体，随后可对生长的晶体进行加工、抛光。
实施例10：Eu:YPO4晶体
制备Eu:YPO4晶体,具体的化学方程式为：xEu2O3+(1-x)Y2O3+2NH4H2PO4→2Y1-xEuxPO4+2NH3↑+3H2O；
取x＝0.01，所用原料(分析纯)：Eu2O3、Y2O3、NH4H2PO4,所用助熔剂为分析纯的磷酸二氢铵和偏磷酸锂按摩尔比1∶1混合；
将原料按化学式分别按摩尔比严格称量，放入研钵中混合研磨，并均匀压块，装入铂金坩埚中，在马弗炉中温度1200℃空气气氛下烧结8小时得到多晶料；
然后将多晶料与助熔剂磷酸二氢铵和偏磷酸锂混合物按质量比为1:3混合均匀后装入铂金坩埚中，放入晶体生长炉，升温至950℃使多晶料熔化，恒温12小时得混合熔液，将熔液降温至930℃，在混合熔液表面下籽晶，不旋转籽晶，晶体生长温度范围为920℃到900℃，以温度0.5℃/天的速率缓慢降温，晶体生长周期为14天；
待单晶生长到所需尺度后，使晶体脱离熔液液面，以温度30℃/h的速率降至室温，然后缓慢从炉膛中取出，即可得到35mm×25mm×15mm的Eu:YPO4晶体，随后可对生长的晶体进行加工、抛光。
实施例11：Tb:YPO4晶体
制备Tb:YPO4晶体,具体的化学方程式为：xTb2O3+(1-x)Y2O3+2NH4H2PO4→2Y1-xTbxPO4+2NH3↑+3H2O；
x＝0.2，所用原料(分析纯)：Tb2O3、Y2O3、NH4H2PO4,所用助熔剂为分析纯的焦磷酸钠和焦磷酸铅按摩尔比1∶1混合；
将原料按化学式分别按摩尔比严格称量，放入研钵中混合研磨，并均匀压块，装入铂金坩埚中，在马弗炉中温度1200℃空气气氛下烧结8小时得到多晶料；
然后将多晶料与助熔剂焦磷酸钠和焦磷酸铅混合物按质量比为1:1混合均匀后装入铂金坩埚中，放入晶体生长炉，升温至1100℃使多晶料熔化，恒温12小时得混合熔液，将熔液降温至1050℃，在混合熔液表面下籽晶，不旋转籽晶，晶体生长温度范围为1040℃到1030℃，以温度0.7℃/天的速率缓慢降温，晶体生长周期为14天；
待单晶生长到所需尺度后，使晶体脱离熔液液面，以温度30℃/h的速率降至室温，然后缓慢从炉膛中取出，即可得到35mm×25mm×15mm的Tb:YPO4晶体，随后可对生长的晶体进行加工、抛光。
实施例12：Dy:YPO4晶体
制备Dy:YPO4晶体,具体的化学方程式为：xDy2O3+(1-x)Y2O3+2NH4H2PO4→2Y1-xDyxPO4+2NH3↑+3H2O；
取x＝0.1，所用原料(分析纯)：Dy2O3、Y2O3、NH4H2PO4,所用助熔剂为分析纯的磷酸二氢铵、碳酸钾和碳酸锂按摩尔比1∶1∶2混合；
将原料按化学式分别按摩尔比严格称量，放入研钵中混合研磨，并均匀压块，装入铂金坩埚中，在马弗炉中温度1200℃空气气氛下烧结8小时得到多晶料；
然后将多晶料与助熔剂磷酸二氢铵、碳酸钾和碳酸锂混合物按质量比为1:1混合均匀后装入铂金坩埚中，放入晶体生长炉，升温至1100℃使多晶料熔化，恒温12小时得混合熔液，将熔液降温至1050℃，在混合熔液表面下籽晶，以15转/分钟的转速旋转籽晶，晶体生长温度范围为1040℃到1030℃，以温度0.5℃/天的速率缓慢降温，晶体生长周期为14天；
待单晶生长到所需尺度后，使晶体脱离熔液液面，以温度30℃/h的速率降至室温，然后缓慢从炉膛中取出，即可得到35mm×25mm×15mm的Dy:YPO4晶体，随后可对生长的晶体进行加工、抛光。
实施例13：Er:YPO4晶体
制备Er:YPO4晶体,具体的化学方程式为：xEr2O3+(1-x)Y2O3+2NH4H2PO4→2Y1-xErxPO4+2NH3↑+3H2O；
取x＝0.08，所用原料(分析纯)：Er2O3、Y2O3、NH4H2PO4,所用助熔剂为分析纯的偏磷酸锂和焦磷酸钾按摩尔比1∶2混合；
将原料按化学式分别按摩尔比严格称量，放入研钵中混合研磨，并均匀压块，装入铂金坩埚中，在马弗炉中温度1200℃空气气氛下烧结8小时得到多晶料；
然后将多晶料与助熔剂偏磷酸锂和焦磷酸钾混合物按质量比为1:2混合均匀后装入铂金坩埚中，放入晶体生长炉，升温至1100℃使多晶料熔化，恒温12小时得混合熔液，将熔液降温至1050℃，在混合熔液表面下籽晶，以12转/分钟的转速旋转籽晶，晶体生长温度范围为1040℃到1030℃，以温度0.3℃/天的速率缓慢降温，晶体生长周期为14天；
待单晶生长到所需尺度后，使晶体脱离熔液液面，以温度30℃/h的速率降至室温，然后缓慢从炉膛中取出，即可得到30mm×25mm×15mm的Er:YPO4晶体，随后可对生长的晶体进行加工、抛光。
实施例14：Tm:YPO4晶体
制备Tm:YPO4晶体,具体的化学方程式为：xTm2O3+(1-x)Y2O3+2NH4H2PO4→2Y1-xTmxPO4+2NH3↑+3H2O；
取x＝0.15，所用原料(分析纯)：Tm2O3、Y2O3、NH4H2PO4,所用助熔剂为分析纯的焦磷酸钠和焦磷酸钾按摩尔比1∶1混合；
将原料按化学式分别按摩尔比严格称量，放入研钵中混合研磨，并均匀压块，装入铂金坩埚中，在马弗炉中温度1200℃空气气氛下烧结8小时得到多晶料；
然后将多晶料与助熔剂焦磷酸钠和焦磷酸钾混合物按质量比为1:2.5混合均匀后装入铂金坩埚中，放入晶体生长炉，升温至1100℃使多晶料熔化，恒温12小时得混合熔液，将熔液降温至1050℃，在混合熔液表面下籽晶，以10转/分钟的转速旋转籽晶，晶体生长温度范围为1040℃到1030℃，以温度0.5℃/天的速率缓慢降温，晶体生长周期为14天；
待单晶生长到所需尺度后，使晶体脱离熔液液面，以温度30℃/h的速率降至室温，然后缓慢从炉膛中取出，即可得到30mm×25mm×15mm的Tm:YPO4晶体，随后可对生长的晶体进行加工、抛光。
实施例15：Ho,Yb:YPO4晶体
制备Ho和Yb双掺杂的Ho,Yb:YPO4晶体,具体的化学方程式为：xyHo2O3+x(1-y)Yb2O3+(1-x)Y2O3+2NH4H2PO4→2Y1-x(HoyYb1-y)xPO4+2NH3↑+3H2O；
取x＝0.1,y＝0.4，所用原料(分析纯)：Ho2O3,Yb2O3、Y2O3、NH4H2PO4，所用助熔剂为分析纯的磷酸二氢铵、硼酸和碳酸钠按摩尔比1∶2∶2混合；
将原料按化学式分别按摩尔比严格称量，放入研钵中混合研磨，并均匀压块，装入铂金坩埚中，在马弗炉中温度1200℃空气气氛下烧结8小时得到多晶料；
然后将多晶料与助熔剂磷酸二氢铵、硼酸和碳酸钠混合物按质量比为1:1混合均匀后装入铂金坩埚中，放入晶体生长炉，升温至1100℃使多晶料熔化，恒温12小时得混合熔液，将熔液降温至1050℃，在混合熔液表面下籽晶，以10转/分钟的转速旋转籽晶，晶体生长温度范围为1040℃到1030℃，以温度0.5℃/天的速率缓慢降温，晶体生长周期为14天；
待单晶生长到所需尺度后，使晶体脱离熔液液面，以温度30℃/h的速率降至室温，然后缓慢从炉膛中取出，即可得到20mm×15mm×15mm的Ho,Yb:YPO4晶体，随后可对生长的晶体进行加工、抛光。
实施例16：Ce,Er,Yb:YPO4晶体
制备Ce,Er和Yb三掺杂的Ce,Er,Yb:YPO4晶体,具体的化学方程式为：xCe2O3+yEr2O3+zYb2O3+(1-x-y-z)Y2O3+2NH4H2PO4→2Y(1-x-y-z)CexEryYbzPO4+2NH3↑+3H2O；
取x＝0.01,y＝0.01,z＝0.02，所用原料(分析纯)：Ce2O3、Er2O3、Yb2O3、Y2O3、NH4H2PO4，所用助熔剂为分析纯的磷酸二氢铵、硼酸和焦磷酸铅按摩尔比1∶1∶1混合；
将原料按化学式分别按摩尔比严格称量，放入研钵中混合研磨，并均匀压块，装入铂金坩埚中，在马弗炉中温度1200℃空气气氛下烧结8小时得到多晶料；
然后将多晶料与助熔剂磷酸二氢铵、硼酸和焦磷酸铅混合物按质量比为1:1混合均匀后装入铂金坩埚中，放入晶体生长炉，升温至1100℃使多晶料熔化，恒温12小时得混合熔液，将熔液降温至1050℃，在混合熔液表面下籽晶，以10转/分钟的转速旋转籽晶，晶体生长温度范围为1040℃到1030℃，以温度0.5℃/天的速率缓慢降温，晶体生长周期为14天；
待单晶生长到所需尺度后，使晶体脱离熔液液面，以温度30℃/h的速率降至室温，然后缓慢从炉膛中取出，即可得到20mm×15mm×15mm的Ce,Er,Yb:YPO4晶体，随后可对生长的晶体进行加工、抛光。
实施例17
将实施例1－16所得任意的磷酸钇激光晶体，经过切割，抛光和镀膜后用于激光二极管泵浦的固体激光器，该系统由激光二极管泵浦源(LD，包含激光二极管阵列、驱动源和致冷器)，光学耦合系统、激光工作物质、谐振腔组成(如图1所示)，泵浦1所用的激光二极管阵列出射的泵浦光，经会聚光学系统2将泵浦1光耦合到激光工作物质4上产生激光；激光工作物质为实施例1－16制备的磷酸钇激光晶体；激光在谐振腔6中多次增益以得到足够的放大，其中谐振腔左端后反射镜3对泵浦1光的相应波长为高透、而对产生的激光束的相应波长为高反；右端输出耦合镜5为镀有多层介质膜的半反射镜，当激光放大到一定程度时，激光便从半反射镜发射出去。
以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定。

Claims (4)

1.一种磷酸钇系列激光晶体，其特征在于该晶体化学式为Y1-xRExPO4，其中RE为激活离子，是三价过渡金属元素Cr以及镧系元素Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb中一种或两种或三种；0＜x＜0.5，该类晶体属于四方晶系，锆石型结构，空间群I41/amd。
2.根据权利要求1所述的磷酸钇系列激光晶体的制备方法，其特征在于采用高温熔液法生长晶体，具体操作步骤按下进行：
a、按化学式Y1-xRExPO4分别称取摩尔比的Y2O3，NH4H2PO4或P2O5，三价过渡金属Cr或镧系氧化物RE2O3混合研磨并均匀压块，在空气气氛下烧结温度为900℃-1200℃，保温8-24h得到多晶原料；
b、将步骤a烧结好的多晶原料与助熔剂以质量比1:1-5研磨后置于铂金坩埚中，装炉，加热至温度1000℃-1300℃得混合熔液，恒温1-50小时，将熔液降温至950-1200℃，在熔液表面下籽晶，以0-20转/分钟的转速旋转籽晶，晶体生长温度在900℃-1200℃之间，以0.1-1℃/天的速率缓慢降温，晶体生长周期7-21天；
c、待单晶生长到所需尺度后，使晶体脱离熔液液面，以温度1-100℃/h的速率降至室温，然后缓慢从炉膛中取出，即可获得磷酸钇系列激光晶体。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤b中助熔剂为磷酸二氢铵、五氧化二磷、碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、硼酸、焦磷酸铅、偏磷酸锂、偏磷酸钠、偏磷酸钾、焦磷酸锂、焦磷酸钠、焦磷酸钾中一种或两种或三种，其具体比例和化学组成根据不同晶体生长条件确定。
4.根据权利要求1所述的磷酸钇系列激光晶体在制备固体激光器中的用途。
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