CN118326512A - 一种掺稀土离子的铝酸镁镧锶激光单晶光纤及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种掺稀土元素的铝酸镁镧锶激光单晶光纤及其制备方法，单晶光纤的化学式为Sr0.5RexLa0.5‑xMg0.5Al11.5O19，其中Re为稀土离子；当Re为Pr3+时，0.005≤x≤0.015；为Nd3+时，0.005≤x≤0.015；为Yb3+时，0.01≤x≤0.02；为Dy3+时，0.005≤x≤0.015；为Sm3+时，0.005≤x≤0.015。采用塑型封装压条、冷等静压、烧结制备源棒，再通过激光加热基座法生长单晶光纤，在空气中进行生长。该方法工艺简单，可有效降低生产成本，能够生长出高光学质量的单晶光纤；所制备的单晶光纤可兼具玻璃光纤与晶体的优势，在获得可见和近红外波段激光具有极大潜力。
Description
技术领域
本发明属于激光材料及其制备技术领域，具体涉及可见和近红外波段激光单晶光纤及其制备方法，特别涉及一种掺稀土离子的铝酸镁镧锶激光单晶光纤及其制备方法。
背景技术
近红外光是位于可见光和中红外光之间的一种电磁波，由于其具有较强的组织穿透性、低热效应、无自荧光效应以及无损害性等特点，被广泛用于生物成像、医药食品、监控安防、光学传感、红外光谱分析等领域。
由于可见光波段激光在海底通信、光谱学、生物医学治疗、显示技术等许多领域都有着重要的作用，因此近些年其得到了广泛关注。目前，激光按照工作模式可以分为连续激光、调Q激光和超短脉冲激光三种。对于不同模式的激光，常常需要选取不同的增益介质。对于脉冲激光，通常要求增益介质的光谱谱线足够宽，有利于实现超短脉冲和可调谐激光输出。
其中，无序晶体由于不同阳离子可以随机占据一个或多个晶体格位或晶格缺陷，存在不同的晶体场，产生多个发光中心，从而产生不同波长的发射谱线，当不同波长谱线叠加在一起，最终使得光谱谱线发生了非均匀展宽。随着社会发展对脉冲激光的需要，无序晶体由于其不均匀的光谱展宽和中等的热性质而引起了人们的广泛关注。引入无序结构可以使活性离子的光谱均匀和不均匀展宽，其中非均匀展宽起着重要的作用。常见的无序晶体主要有CNGG、CLB、LMA、SRA、ASL等。目前大部分无序晶体中的基质成分会改变晶体场环境，而ASL晶体中La3+对晶体场环境的影响较弱，其物化性能也很优秀，并且无序性较高，由于ASL在氧化物晶体中声子能量是相对较低的，因此常用来被用作可见波段激光增益介质中的基质材料，ASL晶体是可见和近红外波段激光的潜在候选者。
发明内容
本发明的目的是提供一种掺稀土离子的铝酸镁镧锶激光单晶光纤及其制备方法，该方法工艺简单，可有效降低生产成本，能够生长出高质量的Sr0.5RexLa0.5-xMg0.5Al11.5O19单晶光纤；所制备得到的Sr0.5RexLa0.5-xMg0.5Al11.5O19单晶光纤可兼具玻璃光纤与晶体的优势，有利于获得可见光波段脉冲激光。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种掺稀土离子的铝酸镁镧锶激光单晶光纤，所述单晶光纤的化学式为Sr0.5RexLa0.5-xMg0.5Al11.5O19，其中Re为Pr3+、Nd3+、Yb3+、Dy3+、Sm3+稀土离子中的一种，x为稀土离子取代La3+格位的摩尔百分数；当Re为Pr3+时，0.005≤x≤0.015；Re为Nd3+时，0.005≤x≤0.015；Re为Yb3+时，0.01≤x≤0.02；Re为Dy3+时，0.005≤x≤0.015；Re为Sm3+时，0.005≤x≤0.015。
优选的，所述单晶光纤属于六方晶系，空间群为P63/mmc，单晶光纤直径为0.4～1mm，长度为20～150mm。
本发明还提供了一种上述掺稀土离子的铝酸镁镧锶激光单晶光纤的制备方法，采用激光加热基座法，具体包括以下步骤：
(1)以纯度均为99.99％的Pr6O11粉末/Nd2O3粉末/Yb2O3粉末/Dy2O3粉末/Sm2O3粉末、MgO粉末、Sc2O3粉末、La2O3粉末、Al2O3粉末为原料，按分子式Sr0.5RexLa0.5-xMg0.5Al11.5O19中对应元素的化学计量比称取各原料；式中，x为稀土离子取代La3+格位的摩尔百分数，当Re为Pr3+时，0.005≤x≤0.015；Re为Nd3+时，0.005≤x≤0.015；Re为Yb3+时，0.01≤x≤0.02；Re为Dy3+时，0.005≤x≤0.015；Re为Sm3+时，0.005≤x≤0.015。
(2)将称取的各原料粉末混合均匀后，塑性封装并通过冷等静压机在80～160MPa下压制160～200s成形制成条状料胚；
(3)将条状料胚在马弗炉中进行烧结成相后得到陶瓷棒，烧结温度为1200～1400℃，烧结时间为15～20h，室温下干燥4～8h后得到源棒；
(4)清洁晶体生长的激光基底加热炉炉腔以及光学系统中的反射锥面镜、环形平面反射镜和聚焦镜，调节光路均匀；将制备好的源棒固定于下方馈送装置籽晶杆上，将制备好的籽晶固定于上方提拉装置上；所述制备好的籽晶即采用步骤(1)中称取的各原料粉末通过微下拉法生长得到的具有方向的晶棒；
(5)打开CO2激光器，调整激光的焦点落在源棒的中心，源棒顶部熔融成半球状熔体，调节籽晶位置使籽晶与熔体接触且位于熔体中心，然后将籽晶缓慢接触半球状熔体，保持状态至少2min使熔区达到稳定后，通过提拉装置开始提拉籽晶和开启馈送装置上升源棒，依次经过收颈、放肩及等径生长后，当生长出的晶体达到所需长度时，关闭馈送装置，逐渐升高功率，增大提拉装置拉速，将晶体提脱；
(6)单晶光纤拉脱后，以0.02-0.05W/s的速率降低激光器功率，关闭CO2激光器后，通流动空气，5-15min后打开晶体生长的炉腔，取下晶体，得到Sr0.5RexLa0.5-xMg0.5Al11.5O19单晶光纤。
优选的，步骤(3)中，源棒的横截面为(0.6～1)×(0.6～1)mm2、长度为40～120mm。
优选的，步骤(4)中，制备好的籽晶的横截面为(0.6～1)×(0.6～1)mm2、长度为40～120mm。
优选的，步骤(5)中，激光加热源棒中心的功率为25～45W，加热时间为3～5min。
优选的，步骤(5)中，所述等径生长的参数包括：提拉速度为5～20mm/h；馈送速度为3～15mm/h；保持激光中心的功率为25～45W；生长时间为2～6h。
优选的，步骤(5)中，升高功率比等径生长功率高出2～6W。
进一步的，步骤(6)中，将晶体取出后再放入马弗炉中于1500℃下高温退火24h。
本发明中化学成分为Sr0.5RexLa0.5-xMg0.5Al11.5O19的固溶体称为Re3+:ASL，其是一种典型的无序晶体，ASL晶体是具有P63/mmc空间群的磁铅石结构，拥有优秀的物化性能。因为ASL晶体是用La3+部分取代SrAl12O19的Sr2+，同时共掺Mg2+进行电荷补偿；当La3+完全取代SrAl12O19(SRA)的Sr2+时，同时依然采用Mg2+进行电荷补偿，晶体化学式便为LaMgAl11O19(LMA)。因此，ASL晶体可以看成是SRA晶体向LMA晶体转变的中间体，因此其兼具了SRA晶体优异的辐射性能和LMA晶体在固溶体中的适当融化行为，这有效的提高了激光的输出效率。且目前其他大部分基质中的成分会改变晶体场环境，而ASL晶体中La3+对晶体场环境的影响较弱，对于掺杂稀土离子的光谱和激光特性变化较小。
与现有技术方案相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明所制备的Sr0.5RexLa0.5-xMg0.5Al11.5O19单晶光纤，具有玻璃光纤高比表面积、光波导的特性又具有块状晶体材料优异的热导率、高硬度、光学性能优良、耐腐蚀等理化性能，综合了单晶优异的物化性能与光纤独特的尺寸优势；
(2)本发明采用激光加热基座法制备Sr0.5RexLa0.5-xMg0.5Al11.5O19单晶光纤，该方法生长速度快、生长周期短、不需要用到坩埚容器、很大程度节约成本，避免了坩埚材质对单晶光纤的影响，同时生长晶体也不再受限于坩埚材质的熔点，可以轻松生长超过2000℃的高温晶体，很适合生长Sr0.5RexLa0.5-xMg0.5Al11.5O19这类高温氧化物型的晶体；
(3)本发明由于铝酸镁镧锶晶体是氧化物晶体，具有比氟化物晶体及其他陶瓷或者光纤更优的物化性能，有利于激光高功率的输出，采用标准蓝光二极管激光器作为泵浦源，可获得红光和深红光波段的激光发射，并有望得到更高输出功率的激光器。
附图说明
图1为本发明实施例1制备样品的X射线粉末衍射图谱；
图2为本发明实施例1制备样品的偏振吸收光谱；
图3为本发明实施例1制备样品的偏振荧光光谱；
图4为本发明实施例1制备样品的荧光寿命衰减曲线；
图5为本发明中晶体生长的装置示意图；
图中：1、CO2激光器，2、扩束器，3、光学衰减器，4、反射锥面镜，5、环形平面反射镜，6、馈送装置，7、提拉装置，8、聚焦镜，9、生长出的晶体，10、半球状熔体，11、源棒，12、炉腔壁。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
激光加热基座法生长Sr0.5Pr0.005La0.495Mg0.5Al11.5O19(x为0.005)单晶光纤的具体实施步骤如下：
(1)以纯度均为99.99％的Sc2O3粉末、La2O3粉末、MgO粉末、Al2O3粉末、Pr6O11粉末为原料，按分子式Sr0.5Pr0.005La0.495Mg0.5Al11.5O19中对应元素的化学计量比称取Sc2O3粉末、La2O3粉末、MgO粉末、Al2O3粉末、Pr6O11粉末分别为0.7504g、1.0842g、0.2710g、7.8830g、0.0114g；
(2)将称取的各原料粉末放于玛瑙研钵中混合均匀后，塑性封装并压成条状，通过冷等静压机在100MPa下压制180s成形制成条状料胚；
(3)将条状料胚在马弗炉中进行烧结成相后得到陶瓷棒，烧结温度为1400℃，烧结时间为20h，室温下干燥6h后得到横截面为1×1mm2、长度为60mm的源棒11；
(4)清洁晶体生长的激光基底加热炉炉腔以及光学系统中的反射锥面镜4、环形平面反射镜5和聚焦镜8，调整设备光学系统，使聚焦的加热光斑均匀加热；将制备好的源棒11固定于下方馈送装置6上，将制备好的籽晶固定于上方提拉装置7上；所述制备好的籽晶即采用步骤(1)中称取的各原料粉末通过微下拉法生长得到的具有方向的晶棒，该晶棒的横截面为1×1mm2、长度为60mm；
如图5所示，所述光学系统包括CO2激光器1、扩束器2、光学衰减器3、反射锥面镜4、环形平面反射镜5、馈送装置6、提拉装置7、聚焦镜8，所述扩束器2设置在CO2激光器1与光学衰减器3之间，光学衰减器3设置在炉腔壁12上，所述反射锥面镜4、环形平面反射镜5、馈送装置6、提拉装置7和聚焦镜8均设置在炉腔内，
(5)打开CO2激光器1，并调整激光的焦点落在源棒11的中心，以使源棒11获得均匀的受热，升高激光器的功率至45W使源棒11熔化，继续升高功率至50W，使之熔融形成稳定的半球形熔体10，维持5min；调节籽晶位置使之与熔体10接触且位于半球状熔体10中心，然后将籽晶缓慢接触半球状熔体10，保温2min后，待半球状熔体10(生长界面熔区)稳定时，开动提拉装置7，并逐渐升高激光器功率至55W，在10mm/h的提拉速度下进行收颈；当籽晶直径收细约至0.6mm时，调整功率至52W进行放肩及等径生长；等径生长过程中提拉速度为15mm/h，馈送速度为12mm/h；当生长出的晶体9达到所需长度时，关闭馈送装置6，逐渐升高功率至55W，增大提拉装置7拉速，将晶体提脱；
(6)单晶光纤拉脱后，以0.05W/s的速率降低激光功率，关闭CO2激光器1后，通流动空气，15min后打开炉腔，取下晶体呈透明无色；为了消除晶体中的热应力，防止开裂，提高晶体质量，将晶体在马弗炉中于1400℃下高温退火24h得到透明无色、高光学质量的Pr:Sr0.5La0.495Mg0.5Al11.5O19单晶光纤。
经过测量，所得Pr:Sr0.5La0.495Mg0.5Al11.5O19单晶光纤的直径为0.8mm，等径部分晶体直径波动小于4％，长度为27mm，单晶光纤呈现透明无色且光学质量较好。
参见附图1，测试结果显示，所制备的Pr:Sr0.5La0.495Mg0.5Al11.5O19单晶光纤材料与标准卡片匹配良好，没有杂质峰，为纯相材料。
参见附图2，从图中可以看出，本发明所制备得到的单晶光纤材料大的吸收峰半高宽可以降低泵浦激光器对温度稳定性的要求。
参见附图3，从图中可以看出，较宽的发射峰半高宽，这有利于实现激光的可调谐操作。
参见附图4，从图中可以看出，Pr:Sr0.5La0.495Mg0.5Al11.5O19单晶光纤的荧光寿命较长，长的荧光寿命可以使晶体易于储存能量并实现高效的激光输出。
实施例2
激光加热基座法生长Sr0.5Nd0.005La0.495Mg0.5Al11.5O19(x为0.005)单晶光纤
本实施例中单晶光纤的制备参照实施例1，区别仅在于步骤(1)，本实施例的步骤(1)为：以纯度均为99.99％的Sc2O3粉末、La2O3粉末、MgO粉末、Al2O3粉末、Nd2O3粉末为原料，按分子式Sr0.5Nd0.005La0.495Mg0.5Al11.5O19中对应元素的化学计量比称取Sc2O3粉末、La2O3粉末、MgO粉末、Al2O3粉末、Nd2O3粉末分别为0.7504g、1.0843g、0.2710g、7.8830g、0.0113g。其他步骤均保持与实施例一致，最终得到透明无色、光学质量较好的Nd:Sr0.5La0.495Mg0.5Al11.5O19单晶光纤。
经过测量，所得Nd:Sr0.5La0.495Mg0.5Al11.5O19单晶光纤的直径为0.7mm，等径部分晶体直径波动小于5％，长度为35mm，单晶光纤呈现透明无色且光学质量较好。
实施例3
激光加热基座法生长Sr0.5Yb0.01La0.49Mg0.5Al11.5O19(x为0.01)单晶光纤
本实施例中单晶光纤的制备参照实施例1，区别仅在于步骤(1)，本实施例的步骤(1)为：以纯度均为99.99％的Sc2O3粉末、La2O3粉末、MgO粉末、Al2O3粉末、Yb2O3粉末为原料，按分子式Sr0.5Yb0.01La0.49Mg0.5Al11.5O19中对应元素的化学计量比称取Sc2O3粉末、La2O3粉末、MgO粉末、Al2O3粉末、Yb2O3粉末分别为0.7501g、1.0729g、0.2709g、7.8797g、0.0264g。其他步骤均保持与实施例一致，最终得到透明无色、光学质量较好的Yb:Sr0.5La0.49Mg0.5Al11.5O19单晶光纤。
经过测量，所得Yb:Sr0.5La0.49Mg0.5Al11.5O19单晶光纤的直径为0.8mm，等径部分晶体直径波动小于5％，长度为29mm，单晶光纤呈现透明无色且光学质量较好。
实施例4
激光加热基座法生长Sr0.5Dy0.005La0.495Mg0.5Al11.5O19(x为0.005)单晶光纤
本实施例中单晶光纤的制备参照实施例1，区别仅在于步骤(1)，本实施例的步骤(1)为：以纯度均为99.99％的Sc2O3粉末、La2O3粉末、MgO粉末、Al2O3粉末、Dy2O3粉末为原料，按分子式Sr0.5Dy0.005La0.495Mg0.5Al11.5O19中对应元素的化学计量比称取Sc2O3粉末、La2O3粉末、MgO粉末、Al2O3粉末、Dy2O3粉末分别为0.7503g、1.0842g、0.2709g、7.8821g、0.0125g。其他步骤均保持与实施例一致，最终得到透明无色、光学质量较好的Dy:Sr0.5La0.495Mg0.5Al11.5O19单晶光纤。
经过测量，所得Dy:Sr0.5La0.495Mg0.5Al11.5O19单晶光纤的直径为0.8mm，等径部分晶体直径波动小于5％，长度为29mm，单晶光纤呈现透明无色且光学质量较好。
实施例5
激光加热基座法生长Sr0.5Sm0.005La0.495Mg0.5Al11.5O19(x为0.005)单晶光纤
本实施例中单晶光纤的制备参照实施例1，区别仅在于步骤(1)，本实施例的步骤(1)为：以纯度均为99.99％的Sc2O3粉末、La2O3粉末、MgO粉末、Al2O3粉末、Sm2O3粉末为原料，按分子式Sr0.5Sm0.005La0.495Mg0.5Al11.5O19中对应元素的化学计量比称取Sc2O3粉末、La2O3粉末、MgO粉末、Al2O3粉末、Sm2O3粉末分别为0.7504g、1.0842g、0.2710g、7.8827g、0.0117g。其他步骤均保持与实施例一致，最终得到透明无色、光学质量较好的Sm:Sr0.5La0.495Mg0.5Al11.5O19单晶光纤。
经过测量，所得Sm:Sr0.5La0.495Mg0.5Al11.5O19单晶光纤的直径为0.8mm，等径部分晶体直径波动小于5％，长度为29mm，单晶光纤呈现透明无色且光学质量较好。
实施例6
激光加热基座法生长Sr0.5Pr0.015La0.485Mg0.5Al11.5O19(x为0.015)单晶光纤
本实施例中单晶光纤的制备参照实施例1，区别仅在于步骤(1)，本实施例的步骤(1)为：以纯度均为99.99％的Sc2O3粉末、La2O3粉末、MgO粉末、Al2O3粉末、Pr6O11粉末为原料，按分子式Sr0.5Pr0.015La0.485Mg0.5Al11.5O19中对应元素的化学计量比称取Sc2O3粉末、La2O3粉末、MgO粉末、Al2O3粉末、Pr6O11粉末分别为0.7503g、1.0622g、0.2709g、7.8823g、0.0343g。其他步骤均保持与实施例一致，最终得到透明无色、光学质量较好的Pr:Sr0.5La0.485Mg0.5Al11.5O19单晶光纤。
经过测量，所得Pr:Sr0.5La0.485Mg0.5Al11.5O19单晶光纤的直径为0.7mm，等径部分晶体直径波动小于5％，长度为35mm，单晶光纤呈现透明无色且光学质量较好。
实施例7
激光加热基座法生长Sr0.5Nd0.015La0.485Mg0.5Al11.5O19(x为0.015)单晶光纤
本实施例中单晶光纤的制备参照实施例1，区别仅在于步骤(1)，本实施例的步骤(1)为：以纯度均为99.99％的Sc2O3粉末、La2O3粉末、MgO粉末、Al2O3粉末、Nd2O3粉末为原料，按分子式Sr0.5Nd0.015La0.485Mg0.5Al11.5O19中对应元素的化学计量比称取Sc2O3粉末、La2O3粉末、MgO粉末、Al2O3粉末、Nd2O3粉末分别为0.7504g、1.0623g、0.2709g、7.8825g、0.0339g。其他步骤均保持与实施例一致，最终得到透明无色、光学质量较好的Nd:Sr0.5La0.485Mg0.5Al11.5O19单晶光纤。
经过测量，所得Nd:Sr0.5La0.485Mg0.5Al11.5O19单晶光纤的直径为0.7mm，等径部分晶体直径波动小于5％，长度为35mm，单晶光纤呈现透明无色且光学质量较好。
实施例8
激光加热基座法生长Sr0.5Yb0.02La0.48Mg0.5Al11.5O19(x为0.02)单晶光纤
本实施例中单晶光纤的制备参照实施例1，区别仅在于步骤(1)，本实施例的步骤(1)为：以纯度均为99.99％的Sc2O3粉末、La2O3粉末、MgO粉末、Al2O3粉末、Yb2O3粉末为原料，按分子式Sr0.5Yb0.02La0.48Mg0.5Al11.5O19中对应元素的化学计量比称取Sc2O3粉末、La2O3粉末、MgO粉末、Al2O3粉末、Yb2O3粉末分别为0.7498g、1.0505g、0.2707g、7.8761g、0.0529g。其他步骤均保持与实施例一致，最终得到透明无色、光学质量较好的Yb:Sr0.5La0.48Mg0.5Al11.5O19单晶光纤。
经过测量，所得Yb:Sr0.5La0.48Mg0.5Al11.5O19单晶光纤的直径为0.8mm，等径部分晶体直径波动小于5％，长度为29mm，单晶光纤呈现透明无色且光学质量较好。
实施例9
激光加热基座法生长Sr0.5Dy0.015La0.485Mg0.5Al11.5O19(x为0.015)单晶光纤
本实施例中单晶光纤的制备参照实施例1，区别仅在于步骤(1)，本实施例的步骤(1)为：以纯度均为99.99％的Sc2O3粉末、La2O3粉末、MgO粉末、Al2O3粉末、Dy2O3粉末为原料，按分子式Sr0.5Dy0.015La0.485Mg0.5Al11.5O19中对应元素的化学计量比称取Sc2O3粉末、La2O3粉末、MgO粉末、Al2O3粉末、Dy2O3粉末分别为0.7500g、1.0619g、0.2708g、7.8797g、0.0376g。其他步骤均保持与实施例一致，最终得到透明无色、光学质量较好的Dy:Sr0.5La0.485Mg0.5Al11.5O19单晶光纤。
经过测量，所得Dy:Sr0.5La0.485Mg0.5Al11.5O19单晶光纤的直径为0.8mm，等径部分晶体直径波动小于5％，长度为29mm，单晶光纤呈现透明无色且光学质量较好。
实施例10
激光加热基座法生长Sr0.5Sm0.015La0.485Mg0.5Al11.5O19(x为0.015)单晶光纤
本实施例中单晶光纤的制备参照实施例1，区别仅在于步骤(1)，本实施例的步骤(1)为：以纯度均为99.99％的Sc2O3粉末、La2O3粉末、MgO粉末、Al2O3粉末、Sm2O3粉末为原料，按分子式Sr0.5Sm0.015La0.485Mg0.5Al11.5O19中对应元素的化学计量比称取Sc2O3粉末、La2O3粉末、MgO粉末、Al2O3粉末、Sm2O3粉末分别为0.7502g、1.0622g、0.2709g、7.8815g、0.0351g。其他步骤均保持与实施例一致，最终得到透明无色、光学质量较好的Sm:Sr0.5La0.485Mg0.5Al11.5O19单晶光纤。
经过测量，所得Sm:Sr0.5La0.485Mg0.5Al11.5O19单晶光纤的直径为0.8mm，等径部分晶体直径波动小于5％，长度为29mm，单晶光纤呈现透明无色且光学质量较好。
Claims (9)
1.一种掺稀土离子的铝酸镁镧锶激光单晶光纤，其特征在于，所述单晶光纤的化学式为Sr0.5RexLa0.5-xMg0.5Al11.5O19，其中Re为Pr3+、Nd3+、Yb3+、Dy3+、Sm3+稀土离子中的一种，x为稀土离子取代La3+格位的摩尔百分数；当Re为Pr3+时，0.005≤x≤0.015；Re为Nd3+时，0.005≤x≤0.015；Re为Yb3+时，0.01≤x≤0.02；Re为Dy3+时，0.005≤x≤0.015；Re为Sm3+时，0.005≤x≤0.015。
2.根据权利要求1所述的一种掺稀土离子的铝酸镁镧锶激光单晶光纤，其特征在于，所述单晶光纤属于六方晶系，空间群为P63/mmc，单晶光纤直径为0.4～1mm，长度为10～150mm。
3.一种如权利要求1或2所述的掺稀土离子的铝酸镁镧锶激光单晶光纤的制备方法，其特征在于，采用激光加热基座法，具体包括以下步骤：
(1)以纯度均为99.99％的Pr6O11粉末/Nd2O3粉末/Yb2O3粉末/Dy2O3粉末/Sm2O3粉末、MgO粉末、Sc2O3粉末、La2O3粉末、Al2O3粉末为原料，按分子式Sr0.5RexLa0.5-xMg0.5Al11.5O19中对应元素的化学计量比称取各原料；式中，x为稀土离子取代La3+格位的摩尔百分数，当Re为Pr3+时，0.005≤x≤0.015；Re为Nd3+时，0.005≤x≤0.015；Re为Yb3+时，0.01≤x≤0.02；Re为Dy3+时，0.005≤x≤0.015；Re为Sm3+时，0.005≤x≤0.015；
(2)将称取的各原料粉末混合均匀后，塑性封装并通过冷等静压机在80～160MPa下压制160～200s成形制成条状料胚；
(3)将条状料胚在马弗炉中进行烧结成相后得到陶瓷棒，烧结温度为1200～1400℃，烧结时间为15～20h，室温下干燥4～8h后得到源棒(11)；
(4)清洁晶体生长的激光基底加热炉炉腔以及光学系统中的反射锥面镜(4)、环形平面反射镜(5)和聚焦镜(8)，调节光路均匀；将制备好的源棒(11)固定于下方馈送装置(6)上，将制备好的籽晶固定于上方提拉装置(7)上；所述制备好的籽晶即采用步骤(1)中称取的各原料粉末通过微下拉法生长得到的具有方向的晶棒；
(5)打开CO2激光器(1)，调整激光的焦点落在源棒(11)的中心，源棒(11)顶部熔融成半球状熔体(10)，调节籽晶位置使籽晶与熔体(10)接触且位于半球状熔体(10)中心，然后将籽晶缓慢接触半球状熔体(10)，保持状态至少2min使熔区达到稳定后，通过提拉装置(7)开始提拉籽晶和开启馈送装置(6)上升源棒(11)，依次经过收颈、放肩及等径生长后，当生长出的晶体(9)达到所需长度时，关闭馈送装置(6)，逐渐升高功率，增大提拉装置(7)拉速，将晶体提脱；
(6)单晶光纤拉脱后，以0.02-0.05W/s的速率降低激光器功率，关闭CO2激光器(1)后，通流动空气，5-15min后打开晶体生长的炉腔，取下晶体，得到Sr0.5RexLa0.5-xMg0.5Al11.5O19单晶光纤。
4.根据权利要求3所述的一种掺稀土离子的铝酸镁镧锶激光单晶光纤的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，源棒(11)的横截面为(0.6～1)×(0.6～1)mm2、长度为40～120mm。
5.根据权利要求3或4所述的一种掺稀土离子的铝酸镁镧锶激光单晶光纤的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，制备好的籽晶的横截面为(0.6～1)×(0.6～1)mm2、长度为40～120mm。
6.根据权利要求3或4所述的一种掺稀土离子的铝酸镁镧锶激光单晶光纤的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，激光加热源棒(11)中心的功率为25～45W，加热时间为3～5min。
7.根据权利要求3或4所述的一种掺稀土离子的铝酸镁镧锶激光单晶光纤的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述等径生长的参数包括：提拉速度为5～20mm/h；馈送速度为3～15mm/h；保持激光中心的功率为25～45W；生长时间为2～6h。
8.根据权利要求3或4所述的一种掺稀土离子的铝酸镁镧锶激光单晶光纤的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，升高功率比等径生长功率高出4～8W。
9.根据权利要求3或4所述的一种掺稀土离子的铝酸镁镧锶激光单晶光纤的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，将晶体取出后再放入马弗炉中于1200-1400℃下高温退火24h。
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Citations (3)
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| US5140604A (en) * | 1990-03-13 | 1992-08-18 | Quartz Et Silice | Mixed strontium and lanthanide oxides and a laser using monocrystals of these oxides |
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2024
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