CN1423381A - 一种可调谐紫色激光晶体Cr3+:REA3(BO3) 4 - Google Patents

一种可调谐紫色激光晶体Cr3+:REA3(BO3) 4 Download PDF

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涂朝阳
吴柏昌
李坚富
朱昭捷
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Abstract

一种可调谐紫色激光晶体Cr3+:REA3(BO3)4,其中RE为稀土离子如La,Y,Gd等；A为Sc,Al,Ga等。REA3(BO3)4是一种低阈值、高增益和较大非线性光学系数的倍频晶体。当掺杂Cr3+激活离子时,Cr3+:REA3(BO3)4便成为自倍频激光晶体。其吸收光谱中存在有420nm和600nm的吸收峰,而在330～370nm处透光,其荧光谱在670nm－750nm出现一个很强的荧光谱带。所以当采用600nm左右的泵浦光源泵浦时,将产生670nm－750nm的可调谐激光,经过晶体自身的倍频,便可以产生330～370nm的可调谐紫色激光输出。

Description

一种可调谐紫色激光晶体Cr3+:REA3(BO3)4
本发明涉及晶体材料领域，特别是涉及一种自倍频多功能激光晶体Cr3+:REA3(BO3)4，其中RE为稀土离子如La，Y，Gd等；A为Sc，AL，Ga等。
光电子材料与技术是当今高新技术发展中最迅速的一个领域，也是世界各国激烈竞争的焦点。由于小型低功率兰紫色激光光源在高密度光盘存储、激光打印、彩色显示、高分辨率光谱、海底通讯及激光医疗等领域存在着广泛的应用前景，使得兰紫光材料成为世界光电子领域研究的一个热点。各国科学家寄希望于半导体二极管直接激射，或者通过频率转换输出兰紫光，开发出实用化的小型低功率兰紫光器件。
半导体二极管直接激射产生兰紫光的研究，目前主要是GaN和ZnSe两种系列材料，以GaN为基底的兰光二极管发展很快，日本Nichia chemicalindustry公司在410nm已实现较长时间的运转，第一支商品化兰光二极管有5mw的输出功率。但是，由于GaN生长的位错密度高达＞100/cm2，严重影响器件的寿命，而低位错密度的GaN生长又十分困难，从而影响它的商品化的快速进展，而且，GaN的3.4eV的带宽注定它的激射波长不会低于370nm。
利用非线性光学晶体倍频红外半导体激光获得兰紫光的研究在目前也相当活跃，输出波长在400nm附近，转换效率也在不断提高。这种以LD倍频的方式输出的兰紫光，其光束质量远比LD直接激射产生的光束质量高。因此科学家们对用二极管激光器倍频产生兰紫光的途径给以极大的重视，并不断获得新进展。Bhawalkar等人用BBO晶体外腔倍频LD，在波长为780nm，功率为1W时获得233mW的390nm的紫光输出。山东大学晶体所和天津大学都曾做过非线性光学晶体直接倍频的相关研究，并分别获得过1.8mW和11.8mW的404.5nm的兰光连续稳定输出。如果将非线性光学晶体使用于谐振腔系统，将会得到高的转换效率。但是，谐振腔系统需要非常精密的温度及电学的反馈技术来满足稳定工作的需求。
本发明的目的在于公开一种直接倍频的、简单的、成本低的实用化小型兰紫光激光光源。如果采用自倍频多功能激光晶体于谐振腔系统的话，将比腔外直接倍频更容易解决稳定性和低成本的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：REA3(BO3)4[RE：稀土离子如La，Y，Gd等，A＝Sc，Al，Ga等]是一种低閾值、高增益和较大非线性光学系数的倍频晶体。它物化性能良好，不解理，耐强酸强碱，在强光照射下不易产生色心。当掺杂Cr3+激活离子时，Cr3+:REA3(BO3)4便成为自倍频激光晶体。其吸收光谱中存在有420nm和600nm的吸收峰，而在330～370nm处透光，其荧光谱在670nm-750nm出现一个很强的荧光谱带。所以当采用600nm左右的泵浦光源泵浦时，将产生670nm-750nm的可调谐激光，经过晶体自身的倍频，便可以产生330～370nm的可调谐紫色激光输出。
用72Wt％K2Mo3O10+8Wt％B2O3作为助熔剂，按下列化学反应式进行配料：
                    
                          原料按克分子比称量后，用玛瑙研钵研磨混合均匀和装入Φ70mm×70mm的铂坩锅内，在高于生长温度(生长温度为970℃)50℃下恒温2天，然后以5℃/天的降温速率进行缓慢降温，生长结束时，用水处理，分离出晶体，用所得的晶体进行定向，切割出C向籽晶。然后采用籽晶法进一步生长大晶体：当原料熔化后，用尝试籽晶法测定熔体的饱和温度，在饱和温度以上约30℃左右将籽晶下至熔体中，半小时后降至饱和温度，开始降温生长，降温速率逐渐从2℃/d调至5℃/d，籽晶的平均转动速率为6rpm，生长30天后，将晶体提离液面，然后以50℃/h的速率降至室温，可以得到尺寸为30mm以上的优质透明晶体。按相位匹配方向切割加工出激光器件，采用593nm的激光器泵浦，实现可调谐紫色激光输出。
实施例一：
用72Wt％K2Mo3O10+8Wt％B2O3作为助熔剂，按下列化学反应式进行配料：
             
                   原料按克分子比称量后，用玛瑙研钵研磨混合均匀和装入Φ70mm×70mm的铂坩锅内，在高于生长温度(生长温度为970℃)50℃下恒温2天，然后以5℃/天的降温速率进行缓慢降温，生长结束时，用水处理，分离出晶体，用所得的晶体进行定向，切割出C向籽晶。然后采用籽晶法进一步生长大晶体：当原料熔化后，用尝试籽晶法测定熔体的饱和温度，在饱和温度以上约30℃左右将籽晶下至熔体中，半小时后降至饱和温度，开始降温生长，降温速率逐渐从2℃/d调至5℃/d，籽晶的平均转动速率为6rpm，生长30天后，将晶体提离液面，然后以50℃/h的速率降至室温，可以得到尺寸为30mm以上的优质透明晶体。按相位匹配方向切割加工出激光器件，采用593nm的激光器泵浦，实现可调谐紫色激光输出。
实施例二：
用72Wt％K2Mo3O10+8Wt％B2O3作为助熔剂，按下列化学反应式进行配料：
              
                    原料按克分子比称量后，用玛瑙研钵研磨混合均匀和装入Φ70mm×70mm的铂坩锅内，在高于生长温度(生长温度为970℃)50℃下恒温2天，然后以5℃/天的降温速率进行缓慢降温，生长结束时，用水处理，分离出晶体，用所得的晶体进行定向，切割出C向籽晶。然后采用籽晶法进一步生长大晶体：当原料熔化后，用尝试籽晶法测定熔体的饱和温度，在饱和温度以上约30℃左右将籽晶下至熔体中，半小时后降至饱和温度，开始降温生长，降温速率逐渐从2℃/d调至5℃/d，籽晶的平均转动速率为6rpm，生长30天后，将晶体提离液面，然后以50℃/h的速率降至室温，可以得到尺寸为30mm以上的优质透明晶体。按相位匹配方向切割加工出激光器件，采用593nm的激光器泵浦，实现可调谐紫色激光输出。

Claims (4)

1.一种可调谐紫色激光晶体Cr3+:REA3(BO3)4，其特征在于，在倍频晶体REA3(BO3)4中掺杂Cr3+激活离子时，即成为自倍频激光晶体Cr3+:REA3(BO3)4，其中RE为稀土离子如La，Y，Gd等，A为Sc，Al，Ga等，该晶体采用600nm左右的泵浦光源泵浦时，产生330～370nm的可调谐紫色激光输出。
2.如权利要求1所述的可调谐紫色激光晶体Cr3+:REA3(BO3)4，其特征在于，掺杂Cr3+激活离子的浓度为A的1％～5％原子比。
3.一种权利要求1的可调谐紫色激光晶体Cr3+:REA3(BO3)4的制备方法，其特征在于，以Cr2O3、RE2O3、A2O3、H3BO3为原料，以K2Mo3O10、B2O3为助熔剂，首先用熔盐法生长出籽晶；然后以C向籽晶用熔盐籽晶法生长出优质透明晶体，生长时降温速率逐渐从2℃/d调至5℃/d，籽晶的平均转动速率为6rpm。
4.一种权利要求1的可调谐紫色激光晶体Cr3+:REA3(BO3)4的用途，其特征在于，该晶体用于高密度光盘存储器、高分辩率光谱仪和激光医疗机等。
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