CN115928216B - 一种利用电子辐照减小掺铁硒化锌晶体吸收损耗的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用电子辐照减小掺铁硒化锌晶体吸收损耗的方法,它涉及一种减小掺铁硒化锌晶体吸收损耗的方法。本发明解决现有高浓度掺杂的Fe2+:ZnSe晶体中存在着大量的Fe3+离子成分,导致在激光输入和输出波段形成额外的吸收,特别是近红外区0.5μm~2.6μm会出现较强吸收,影响了激光泵浦源的利用效率,表现为Fe2+:ZnSe晶体光谱的“吸收损耗”和“宽井袋”吸收效应明显的问题。方法:利用电子加速器对高浓度掺杂的Fe2+:ZnSe晶体进行电子辐照,且电子辐照过程中束流值逐步上升。本发明用于利用电子辐照减小掺铁硒化锌晶体吸收损耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种减小掺铁硒化锌晶体吸收损耗的方法。
背景技术
掺铁硒化锌(Fe2+:ZnSe)晶体是一种可以通过直接激射产生中波红外(3~5μm)激光输出的II-VI半导体激光晶体材料,能够采用铒离子(Er3+:YAG、Er3+:YSGG、Er3+:YLF)、铬离子(Cr2+:ZnSe、Cr2+:CdSe)、准相位匹配PPKTP和HF等激光器进行泵浦,因此成为了直接泵浦中红外固体激光器工作介质材料的首选,被认为是最为有前途的中红外激光晶体材料。
Fe2+:ZnSe晶体的制备是由高纯硒化锌(ZnSe)为基质材料和高纯硒化亚铁(FeSe)掺杂物按一定化学计量比配比组成。无论是采用热压陶瓷法、热扩散掺杂法和熔融法来制备Fe2+:ZnSe晶体,都需要在高温情况下进行,而在高温条件下,掺杂物FeSe中的Fe2+离子极易被氧化为Fe3+离子,Fe3+离子的出现将会造成晶格周围的电荷不平衡,引发VZn空位缺陷出现,导致在激光输入和输出波段形成额外的吸收,特别是近红外区0.5μm~2.6μm会出现较强吸收,影响了激光泵浦源的利用效率,从而严重降低晶体的FOM值,破坏了晶体的激光性能。
研究表明,采用Fe粉作为还原剂进行热退火处理Fe2+:ZnSe晶体可以将晶体中部分Fe3+离子还原为Fe2+离子,但制得的Fe2+:ZnSe晶体中仍然存在着大量的Fe3+离子成分,表现为Fe2+:ZnSe晶体光谱的“吸收损耗”和“宽井袋”吸收效应。
发明内容
本发明要解决现有高浓度掺杂的Fe2+:ZnSe晶体中存在着大量的Fe3+离子成分,导致在激光输入和输出波段形成额外的吸收,特别是近红外区0.5μm~2.6μm会出现较强吸收,影响了激光泵浦源的利用效率,表现为Fe2+:ZnSe晶体光谱的“吸收损耗”和“宽井袋”吸收效应明显的问题,进而提供一种利用电子辐照减小掺铁硒化锌晶体吸收损耗的方法。
一种利用电子辐照减小掺铁硒化锌晶体吸收损耗的方法,它是按以下步骤进行的:
在能量为5MeV~20MeV及束流值为0.10mA~0.80mA的条件下,利用电子加速器对铁离子掺杂浓度≥1.0×1019个/cm3高浓度掺杂的Fe2+:ZnSe晶体进行电子辐照1.2h~40h,且电子辐照过程中束流值在0.10mA~0.80mA范围内逐步上升,即完成利用电子辐照减小高浓度掺杂的Fe2+:ZnSe晶体吸收损耗的方法。
本发明的有益效果是:
本发明在一定能量和剂量的高能电子辐照下处理Fe2+:ZnSe晶体,使得Fe2+:ZnSe晶体中格点原子发生重排复位,有效地去除了Fe2+:ZnSe晶体中存在的VZn空位缺陷,同时Fe2 +:ZnSe晶体存在的大部分Fe3+离子也将逐步还原为Fe2+离子,宏观上体现在Fe2+:ZnSe晶体光谱的“吸收损耗”和“宽井袋”吸收效应的消弱,特别是近红外区0.5μm~2.6μm波段范围内吸收明显减弱,提高了Fe2+:ZnSe晶体光谱透过率,降低了激光输入和输出波段的额外吸收。
附图说明
图1为实施例一Fe2+:ZnSe晶体电子辐照前后的透过光谱图,1为辐照前,2为辐照后;
图2为Fe2+:ZnSe晶体近红外区(0.5μm~2.6μm)透过率谱图,1为未进行电子辐照的Fe2+:ZnSe晶体,2为实施例一电子辐照处理后的Fe2+:ZnSe晶体,3为实施例二电子辐照处理后的Fe2+:ZnSe晶体。
具体实施方式
具体实施方式一:本实施方式一种利用电子辐照减小掺铁硒化锌晶体吸收损耗的方法,它是按以下:
在能量为5MeV~20MeV及束流值为0.10mA~0.80mA的条件下,利用电子加速器对铁离子掺杂浓度≥1.0×1019个/cm3高浓度掺杂的Fe2+:ZnSe晶体进行电子辐照1.2h~40h,且电子辐照过程中束流值在0.10mA~0.80mA范围内逐步上升,即完成利用电子辐照减小高浓度掺杂的Fe2+:ZnSe晶体吸收损耗的方法。
本具体实施方式提出在一定能量和剂量的高能电子辐照下处理Fe2+:ZnSe晶体,Fe2+:ZnSe晶体中晶格原子与高能电子、质子与高能电子、核外电子与高能电子相互之间发生将一系列相互作用。作用结果使偏离格点原子(畸变原子)趋向恢复到正常格点位置,且Fe2+:ZnSe晶体存在的大部分Fe3+离子也将逐步还原为Fe2+离子。通过高能电子辐照,Fe2+:ZnSe晶体中格点原子发生重排复位,有效地去除了Fe2+:ZnSe晶体中存在的VZn空位缺陷,宏观上体现在Fe2+:ZnSe晶体光谱的“吸收损耗”和“宽井袋”吸收效应的消弱,特别是近红外区0.5μm~2.6μm波段范围内吸收明显减弱,提高了Fe2+:ZnSe晶体光谱透过率,降低了激光输入和输出波段的额外吸收。依据基本原理:假设高能电子与晶格中原子的碰撞是弹性碰撞,根据动量和能量守恒,可以得到碰撞后晶格中原子得到的能量EA,见(1)式。
EA=2Ee(Ee+2mec2)/(Mc2) (1)
式中M为晶格中原子静止质量,单位为g;me为入射电子质量,单位为g;Ee为入射电子能量,单位为J;c为光速,单位为m/s。若晶格中原子获得能量后发生位移,部分原子还会撞击周围其它原子,发生级联效应,使得多空位缺陷和几种间隙消失,且畸变原子恢复到正常格点位置。
本实施方式的有益效果是:
本实施方式在一定能量和剂量的高能电子辐照下处理Fe2+:ZnSe晶体,使得Fe2+:ZnSe晶体中格点原子发生重排复位,有效地去除了Fe2+:ZnSe晶体中存在的VZn空位缺陷,同时Fe2+:ZnSe晶体存在的大部分Fe3+离子也将逐步还原为Fe2+离子,宏观上体现在Fe2+:ZnSe晶体光谱的“吸收损耗”和“宽井袋”吸收效应的消弱,特别是近红外区0.5μm~2.6μm波段范围内吸收明显减弱,提高了Fe2+:ZnSe晶体光谱透过率,降低了激光输入和输出波段的额外吸收。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是:在能量为5MeV~20MeV及束流值为0.10mA~0.80mA的条件下,利用电子加速器对置于托盘中的高浓度掺杂的Fe2+:ZnSe晶体进行电子辐照1.2h~40h。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是:所述的托盘材质为银、铜、铝或钛。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是:所述的高浓度掺杂的Fe2+:ZnSe晶体中铁离子的掺杂浓度为1.0×1019个/cm3。其它与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是:电子辐照过程中束流值以恒定的速度在0.10mA~0.80mA范围内逐步上升。其它与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是:在能量为5MeV及束流值为0.10mA~0.80mA的条件下,利用电子加速器对铁离子掺杂浓度≥1.0×1019个/cm3高浓度掺杂的Fe2+:ZnSe晶体进行电子辐照1.2h~35h。其它与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是:在能量为6MeV及束流值为0.10mA~0.70mA的条件下,利用电子加速器对铁离子掺杂浓度≥1.0×1019个/cm3高浓度掺杂的Fe2+:ZnSe晶体进行电子辐照1.2h~30h。其它与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是:在能量为8MeV及束流值为0.10mA~0.60mA的条件下,利用电子加速器对铁离子掺杂浓度≥1.0×1019个/cm3高浓度掺杂的Fe2+:ZnSe晶体进行电子辐照1.2h~25h。其它与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是:在能量为10MeV及束流值为0.10mA~0.50mA的条件下,利用电子加速器铁离子掺杂浓度≥1.0×1019个/cm3高浓度掺杂的Fe2+:ZnSe晶体进行电子辐照1.2h~20h。其它与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是:在能量为20MeV及束流值为0.10mA~0.40mA的条件下,利用电子加速器对铁离子掺杂浓度≥1.0×1019个/cm3高浓度掺杂的Fe2+:ZnSe晶体进行电子辐照1.2h~15h。其它与具体实施方式一至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果:
实施例一:
一种利用电子辐照减小掺铁硒化锌晶体吸收损耗的方法,它是按以下步骤进行的:在能量为8MeV及束流值为0.10mA~0.60mA的条件下,将置于托盘中的高浓度掺杂的Fe2 +:ZnSe晶体置于电子加速器钛窗口正下方进行电子辐照20h,且电子辐照20h过程中以恒定的速度将束流值由0.1mA上升至0.60mA,得到电子辐照处理后的掺铁硒化锌晶体。所述高浓度掺杂的Fe2+:ZnSe晶体中铁离子的掺杂浓度为1.0×1019个/cm3;所述的托盘材质为银。
实施例一中束流值的上升速度为(0.6-0.1)/20=0.025mA/h。
实施例二:
一种利用电子辐照减小掺铁硒化锌晶体吸收损耗的方法,它是按以下步骤进行的:在能量为10MeV及束流值为0.1mA~0.50mA的条件下,将置于托盘中的高浓度掺杂的Fe2 +:ZnSe晶体置于电子加速器钛窗口正下方进行电子辐照16h,且电子辐照16h过程中以恒定的速度将束流值由0.1mA上升至0.50mA,得到电子辐照处理后的掺铁硒化锌晶体。所述高浓度掺杂的Fe2+:ZnSe晶体中铁离子的掺杂浓度为1.0×1019个/cm3;所述的托盘材质为银。
实施例二中束流值的上升速度为(0.5-0.1)/16=0.025mA/h。
图1为实施例一Fe2+:ZnSe晶体电子辐照前后的透过光谱图,1为辐照前,2为辐照后;由图可知,Fe2+:ZnSe晶体经过电子辐照后,Fe2+:ZnSe晶体透过光谱的“宽井袋”吸收效应明显减弱(透过率明显提高),表现在波长2.0μm~5.37μm波段范围内,特别是2.60μm~5.37μm范围内尤为明显。
图2为Fe2+:ZnSe晶体近红外区(0.5μm~2.6μm)透过率谱图,1为未进行电子辐照的Fe2+:ZnSe晶体,2为实施例一电子辐照处理后的Fe2+:ZnSe晶体,3为实施例二电子辐照处理后的Fe2+:ZnSe晶体。由图可知,经过电子辐照后Fe2+:ZnSe晶体近红外区透过率明显提高,也就是说经过电子辐照后Fe2+:ZnSe晶体近红外区吸收明显减小。
Claims (2)
1.一种利用电子辐照减小掺铁硒化锌晶体吸收损耗的方法,其特征在于它是按以下步骤进行的:
在能量为8MeV~20MeV及束流值为0.10mA~0.60mA的条件下,利用电子加速器对铁离子掺杂浓度≥1.0×1019个/cm3高浓度掺杂的Fe2+:ZnSe晶体进行电子辐照16h~20h,且电子辐照过程中束流值以恒定的速度在0.10mA~0.60mA范围内逐步上升,即完成利用电子辐照减小高浓度掺杂的Fe2+:ZnSe晶体吸收损耗的方法;
束流值的上升速度为0.025mA/h。
2.根据权利要求1所述的一种利用电子辐照减小掺铁硒化锌晶体吸收损耗的方法,其特征在于所述的高浓度掺杂的Fe2+:ZnSe晶体中铁离子的掺杂浓度为1.0×1019个/cm3。
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