CN110607557A - 一种掺谱氟化铅可见波段激光晶体及其制备方法 - Google Patents

一种掺谱氟化铅可见波段激光晶体及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110607557A
CN110607557A CN201910832271.6A CN201910832271A CN110607557A CN 110607557 A CN110607557 A CN 110607557A CN 201910832271 A CN201910832271 A CN 201910832271A CN 110607557 A CN110607557 A CN 110607557A
Authority
CN
China
Prior art keywords
spectrum
visible
lead fluoride
crystal
band 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.)
Pending
Application number
CN201910832271.6A
Other languages
English (en)
Inventor
徐军
李纳
薛艳艳
王庆国
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.)
Tongji University
Original Assignee
Tongji University
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 Tongji University filed Critical Tongji University
Priority to CN201910832271.6A priority Critical patent/CN110607557A/zh
Publication of CN110607557A publication Critical patent/CN110607557A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/12—Halides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • H01S3/1613—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth praseodymium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
    • H01S3/1645—Solid materials characterised by a crystal matrix halide

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明涉及一种掺谱氟化铅可见波段激光晶体，该晶体的化学式为PrxPb1‑xF2，其中x的取值范围为0.001‑0.015，其空间群为Fm‑3m(225)，属于立方晶系，晶胞参数为使用纯度为5N的PrF3和PbF2单晶颗粒作为原料，在混料机中充分混合均匀后放入坩埚中进行生长。本发明采用坩埚下降法生长掺谱氟化铅晶体，生长在高纯氩气或含氟气氛中进行。与现有技术相比，本发明晶体材料能实现高效可见波段红光激光输出，可应用于激光医疗，激光显示和通讯等领域。

Description

一种掺谱氟化铅可见波段激光晶体及其制备方法
技术领域
本发明属于激光材料技术领域，涉及一种可见波段激光晶体及其制备方法，特别涉及一种掺谱氟化铅激光晶体及其制备方法。
背景技术
随着信息化时代的发展,人们对特殊波段激光的关注越来越多。可见光(380～780nm)激光不仅在人们日常生活中有广泛的应用(比如激光头灯、激光提示器、医学、投影仪以及数据存储方面),并且也能应用到其他很多领域(比如新一代显示技术、显微镜，可见光通讯、高端材料制备以及科研等)。2014年,诺贝尔物理学奖授予大功率蓝光LED的突破，在程度上反应了可见光激光在未来发展的重要性。
国内外直接发射可见光激光的研究大部分集中于镨(Pr)、镝(Dy)、铽(Tb)、钐(Sm)、钬(Ho)、铒(Er)、铕(Eu)等几种稀土离子。其中，三价Pr3+是应用较多的稀土离子。其在445nm、468nm和486nm处,吸收截面达到10-19cm2量级。其中445nm处的吸收峰与InGaN激光二极管泵浦源的发射波长非常吻合,468nm处的吸收峰与2ω-OPSLs泵浦源的发射波长非常吻合。相比于其他的稀土离子,Pr3+拥有大量的辐射跃迁,发光范围几乎覆盖了可见光波段的红光、橙光、绿光、蓝光。因此，Pr3+掺杂激光材料是目前最有潜力的可见波段激光材料。
在掺杂Pr3+实现可见波段激光输出的晶体材料中，氟化物LiYF4在蓝、绿、橙、红和深红波段均已实现激光输出。使用2ω-OPSL泵浦Pr:LYF，在523nm处实现了约4.2W的绿光激光运转,斜率效率为45％。此外使用蓝光LD泵浦相同材料，在640nm处斜率效率为50％,输出功率高达4.8W，这是目前Pr3+掺杂激光晶体的最高输出功率。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基质声子能量低且原子间距大、输出功率高的掺谱氟化铅可见波段激光晶体及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种掺谱氟化铅可见波段激光晶体，其特征在于，该晶体的化学式为PrxPb1-xF2，其中x的取值范围为0.001-0.015，其空间群为Fm-3m(225)，属于立方晶系，晶胞参数为
一种掺谱氟化铅可见波段激光晶体的制备方法，其特征在于，采用坩埚下降法生长，该方法主要包括以下步骤：
(1)以PrF3和PbF2单晶颗粒为原料，按照化学式PrxPb1-xF2计算每种原料所需的质量并准确称量；
(2)将称量好的原料粉末充分研磨使其混合均匀，然后装入石墨坩埚；
(3)在原料上放四氟化碳以防止氟化铅原料被氧化；
(4)将石墨坩埚抽真空，然后充入惰性气体作为保护气氛，升温以保证坩埚内原料全部熔化，生长结束后慢慢降至室温，取出晶体。
步骤(1)所述的PrF3和PbF2单晶颗粒的纯度为5N。5N纯度较化学分析纯和4N纯度的原料而言杂质含量更少，可以避免生长过程中因杂质与坩埚及原料反应导致晶体难获得和晶体质量差等问题出现。
步骤(2)所述的研磨是在玛瑙研钵中进行，研磨时间为40min-60min。
步骤(3)放入四氟化碳的重量是氟化铅原料重量的1-2％。
步骤(4)所述的抽真空为通过机械泵抽真空。
步骤(4)所述的惰性气体为高纯氩气或含氟气氛。
所述的含氟气氛为含CF4或HF的气体。
步骤(4)所述的升温以保证坩埚内原料全部熔化的升温速率为300～400℃/h，升温至2140℃。
研究发现，对于Pr3+离子掺杂的晶体而言，具有较低的声子能量和较小5D能级劈裂更有利于其激光输出，PbF2晶体属于立方晶系，最大声子能量为250cm-1，比LiLuF4(440cm-1)和LiYF4(490cm-1)更低，可以大大降低由多声子驰豫而引起的无辐射跃迁几率。且PbF2中Pb-F之间的最大原子间距为远大于LiYF4中Y-F之间的间距可以降低5D能级的能级劈裂，以进一步降低Pr3+离子3P0能级的激发态吸收。
本发明基于上述理论，研发了一种比现有氟化物更高功率激光输出功率的激光材料。
与现有技术相比，本发明选择PbF2作为激光晶体基质材料，将Pr3+离子掺杂进PbF2晶格之中。PbF2较低的声子能量让Pr3+离子3P0能级到1D2能级的无辐射跃迁几率降低，同时PbF2中Pb-F较大的粒子间距降低Pr3+离子5D能级劈裂从而减少3P0的激发态吸收。基于以上两点，Pr：PbF2可拥有较大的上能级寿命，进一步实现W级激光输出。
附图说明
图1是本发明制备的样品的X射线粉末衍射图谱；
图2是本发明制备的样品的室温吸收系数谱图；
图3是本发明制备的样品的室温荧光光谱图
图4是本发明制备的样品在444nm光激发下，639nm发射峰对应的荧光寿命谱图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：坩埚下降法生长Pr0.005Pb0.995F2具体通过以下方法制备：
利用坩埚下降法生长Pr0.005Pb0.995F2晶体，在石墨坩埚中放入原料65g，装炉抽真空，充入高纯氩气做为保护气氛，以300～400℃/h的升温速率至2140℃，恒温1-2小时至原料完全熔化，使用纯PbF2单晶作为籽晶进行生长。在生长结束后缓慢降温后取出晶体。获得一片光学质量较好的Pr：PbF2晶体。其在639nm处的发射截面的数量级高达10-19cm。
如图1所示是制备的Pr0.005Pb0.995F2样品的X射线粉末衍射图谱，可以看出，掺杂Pr3 +的PbF2仍是纯的PbF2单晶相。
如图2所示是制备的Pr0.005Pb0.995F2样品的室温吸收系数谱图，可以看出，在对应于商用化LD泵浦源的442nm处存在吸收。
如图3所示是制备的Pr0.005Pb0.995F2样品的室温荧光光谱图，可以看出，晶体在482nm、601nm、639nm和723nm有较强的发射。
如图4所示是制备的Pr0.005Pb0.995F2样品在444nm光激发下，639nm发射峰对应的荧光寿命谱图，可以看出，样品3P0能级的寿命为34.66μs。
实施例2：坩埚下降法生长Pr0.002Pb0.998F2具体通过以下方法制备：
利用坩埚下降法生长Pr0.002Pb0.998F2晶体，初始原料为5N纯度的PrF3和PbF2单晶颗粒。选定特定浓度Pr离子掺杂以取代Pb离子之后，按照化学式Pr0.002Pb0.998F2计算每种原料所需的质量并准确称量，将称量好的原料放入石墨坩埚中，装炉抽真空，充入高纯氩气做为保护气氛，以300～400℃/h的升温速率至2140℃，恒温1-2小时至原料完全熔化，使用纯PbF2单晶作为籽晶进行生长。在生长结束后缓慢降温后取出晶体。
实施例3：坩埚下降法生长Pr0.001Pb0.999F2具体通过以下方法制备：
利用坩埚下降法生长Pr0.001Pb0.999F2晶体，初始原料为5N纯度的PrF3和PbF2单晶颗粒。选定特定浓度Pr离子掺杂以取代Pb离子之后，按照化学式Pr0.001Pb0.999F2计算每种原料所需的质量并准确称量，将称量好的原料放入石墨坩埚中，装炉抽真空，充入高纯氩气做为保护气氛，以300～400℃/h的升温速率至2140℃，恒温1-2小时至原料完全熔化，使用纯PbF2单晶作为籽晶进行生长。在生长结束后缓慢降温后取出晶体。
实施例4：坩埚下降法生长Pr0.015Pb0.985F2具体通过以下方法制备：
利用坩埚下降法生长Pr0.015Pb0.985F2晶体，初始原料为5N纯度的PrF3和PbF2单晶颗粒。选定特定浓度Pr离子掺杂以取代Pb离子之后，按照化学式Pr0.015Pb0.985F2计算每种原料所需的质量并准确称量，将称量好的原料放入石墨坩埚中，装炉抽真空，充入高纯氩气做为保护气氛，以300～400℃/h的升温速率至2140℃，恒温1-2小时至原料完全熔化，使用纯PbF2单晶作为籽晶进行生长。在生长结束后缓慢降温后取出晶体。

Claims (9)

1.一种掺谱氟化铅可见波段激光晶体，其特征在于，该晶体的化学式为PrxPb1-xF2，其中x的取值范围为0.001-0.015，其空间群为Fm-3m(225)，属于立方晶系，晶胞参数为
2.一种根据权利要求1所述的掺谱氟化铅可见波段激光晶体的制备方法，其特征在于，采用坩埚下降法生长，该方法主要包括以下步骤：
(1)以PrF3和PbF2单晶颗粒为原料，按照化学式PrxPb1-xF2计算每种原料所需的质量并准确称量；
(2)将称量好的原料粉末充分研磨使其混合均匀，然后装入石墨坩埚；
(3)在原料上放四氟化碳以防止氟化铅原料被氧化；
(4)将石墨坩埚抽真空，然后充入惰性气体作为保护气氛，升温以保证坩埚内原料全部熔化，生长结束后慢慢降至室温，取出晶体。
3.根据权利要求2所述的掺谱氟化铅可见波段激光晶体的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的PrF3和PbF2单晶颗粒的纯度为5N纯度。
4.根据权利要求2所述的掺谱氟化铅可见波段激光晶体的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的研磨是在玛瑙研钵中进行，研磨时间为40min-60min。
5.根据权利要求2所述的掺谱氟化铅可见波段激光晶体的制备方法，其特征在于，步骤(3)放入四氟化碳的重量是氟化铅原料重量的1-2％。
6.根据权利要求2所述的掺谱氟化铅可见波段激光晶体的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述的抽真空为通过机械泵抽真空。
7.根据权利要求2所述的掺谱氟化铅可见波段激光晶体的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述的惰性气体为高纯氩气或含氟气氛。
8.根据权利要求7所述的掺谱氟化铅可见波段激光晶体的制备方法，其特征在于，所述的含氟气氛为含CF4或HF的气体。
9.根据权利要求2所述的掺谱氟化铅可见波段激光晶体的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述的升温以保证坩埚内原料全部熔化的升温速率为300～400℃/h，升温至2140℃。
CN201910832271.6A 2019-09-04 2019-09-04 一种掺谱氟化铅可见波段激光晶体及其制备方法 Pending CN110607557A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910832271.6A CN110607557A (zh) 2019-09-04 2019-09-04 一种掺谱氟化铅可见波段激光晶体及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910832271.6A CN110607557A (zh) 2019-09-04 2019-09-04 一种掺谱氟化铅可见波段激光晶体及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110607557A true CN110607557A (zh) 2019-12-24

Family

ID=68892254

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910832271.6A Pending CN110607557A (zh) 2019-09-04 2019-09-04 一种掺谱氟化铅可见波段激光晶体及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110607557A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113502538A (zh) * 2021-06-28 2021-10-15 同济大学 一种掺镨氟镥钙复合可见波段激光晶体及其制备方法与应用
CN113502530A (zh) * 2021-06-28 2021-10-15 同济大学 一种Yb,Pr共掺氟化铅蓝、绿光及近红外激光晶体及其制备方法与应用
CN114941170A (zh) * 2022-05-11 2022-08-26 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种提高氟化钙晶体193nm激光辐照硬度的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5537505A (en) * 1994-11-25 1996-07-16 Corning Incorporated Transparent glass-ceramics
CN101935874A (zh) * 2010-09-02 2011-01-05 中国科学院上海光学精密机械研究所 铥掺杂氟化铅晶体及其制备方法
CN106048721A (zh) * 2016-07-20 2016-10-26 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种光谱性能可调控的稀土离子掺杂碱土氟化物激光晶体及其制备方法
CN106702488A (zh) * 2016-12-15 2017-05-24 中国科学院上海硅酸盐研究所 镨激活的氟化铅闪烁晶体材料及其制备方法
CN109023524A (zh) * 2018-07-26 2018-12-18 暨南大学 一种铒钬镨三掺杂氟化铅中红外激光晶体及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5537505A (en) * 1994-11-25 1996-07-16 Corning Incorporated Transparent glass-ceramics
CN101935874A (zh) * 2010-09-02 2011-01-05 中国科学院上海光学精密机械研究所 铥掺杂氟化铅晶体及其制备方法
CN106048721A (zh) * 2016-07-20 2016-10-26 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种光谱性能可调控的稀土离子掺杂碱土氟化物激光晶体及其制备方法
CN106702488A (zh) * 2016-12-15 2017-05-24 中国科学院上海硅酸盐研究所 镨激活的氟化铅闪烁晶体材料及其制备方法
CN109023524A (zh) * 2018-07-26 2018-12-18 暨南大学 一种铒钬镨三掺杂氟化铅中红外激光晶体及其制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113502538A (zh) * 2021-06-28 2021-10-15 同济大学 一种掺镨氟镥钙复合可见波段激光晶体及其制备方法与应用
CN113502530A (zh) * 2021-06-28 2021-10-15 同济大学 一种Yb,Pr共掺氟化铅蓝、绿光及近红外激光晶体及其制备方法与应用
CN114941170A (zh) * 2022-05-11 2022-08-26 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种提高氟化钙晶体193nm激光辐照硬度的方法
CN114941170B (zh) * 2022-05-11 2024-02-06 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种提高氟化钙晶体193nm激光辐照硬度的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021004078A1 (zh) 一种掺谱钪酸钆可见波段激光晶体及其制备方法
CN110607557A (zh) 一种掺谱氟化铅可见波段激光晶体及其制备方法
CN107841789A (zh) 一种镝铽共掺的铝酸钇可见波段激光晶体及其制备方法
CN102766906B (zh) 一类铒离子激活3微米波段镓酸盐激光晶体及其制备方法
CN1837418A (zh) 掺镱硼酸镧钙激光晶体及其制备方法和用途
CN101597797B (zh) 掺镱硼酸钆锂激光晶体及其制备方法
CN1916244A (zh) 掺钕钼酸镧锂激光晶体及其制备方法和用途
CN101212122A (zh) 一种掺镱硼酸氧钙钆镧激光晶体及其制备方法和用途
CN101212123A (zh) 一种掺镱硼酸氧钙钇镧激光晶体及其制备方法和用途
CN101037796A (zh) 掺钕硼酸氧钙钆镧激光晶体及其制备方法和用途
CN1837421A (zh) 掺钕钼酸钆锂激光晶体及其制备方法和用途
CN113502530B (zh) 一种Yb,Pr共掺氟化铅蓝、绿光及近红外激光晶体及其制备方法与应用
CN1837419B (zh) 掺镱硼酸氧钙钇镧激光晶体及其制备方法和用途
CN113502538A (zh) 一种掺镨氟镥钙复合可见波段激光晶体及其制备方法与应用
CN102936751A (zh) 掺钕钼酸镥钠激光晶体及其制备方法
CN113502539B (zh) 一种镨钆共掺的混合氟化钙激光晶体及其制备方法与应用
CN106835280B (zh) 一种稀土离子Ln3+掺杂铝酸钆锶激光晶体
CN1318659C (zh) 掺钕硼酸镧锶激光晶体及其制备方法
CN100352973C (zh) 掺镱铝钽酸镧锶激光晶体及其制备方法
CN102888654A (zh) 掺镨钨酸镥钾激光晶体及其制备方法
CN101037798A (zh) 双掺铒镱硼酸镧钙激光晶体及其制备方法和用途
CN101387010A (zh) 掺钕硅酸钪激光晶体及其制备方法
CN1259462C (zh) 掺钕硼酸钇钡激光晶体及其制备方法和用途
CN114836831B (zh) 一种Er,Dy共掺氟化铅中红外激光晶体及其制备方法与应用
CN101899710A (zh) 三价稀土铈和镱离子共掺钇铝石榴石激光晶体及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20191224