CN1648288A - 双掺铬钕钆镓石榴石自调q激光晶体的生长方法 - Google Patents

Abstract

一种双掺铬钕钆镓石榴石自调Q激光晶体的生长方法，其特征在于该晶体的结构式为：Ca_3z/2Nd_3yGd_{3(1－y－z/2)} Ga_5－xCr_xO₁₂，主要是采用氧化钆、氧化镓、氧化钕、氧化铬、氧化钙为原料按照比例采用固相合成法制备原料，在98％氮气+2％氧气条件下采用提拉法生长自调Q激光晶体。本发明方法制备的双掺铬钕钆镓石榴石自调Q激光晶体，在垂直于晶体生长方向的平面内，离子浓度差小于1％，具有大尺寸高质量的特点。

Description

双掺铬钕钆镓石榴石自调Q激光晶体的生长方法

技术领域

本发明涉及晶体的生长，特别是一种掺双掺铬钕钆镓石榴石(Cr⁴⁺，Nd³⁺:Gd₃Ga₅O₁₂，以下简称：Cr，Yb:GGG)激光晶体的生长方法。

背景技术

二极管泵浦的被动调Q激光器是产生纳秒和亚纳秒范围内具有高峰值功率和高重复率脉冲的激光光源。它具有结构紧凑、经济、全固化的特点，可以广泛应用于雷达、测距、遥视、非线形光学处理和材料加工等方面。被动调Q固体激光器通常是由有机染料和无机色心晶体作为可饱和吸收体的。但是，染料的热稳定性差，破坏阈值低、容易老化，而且还需要一套复杂的冷却系统；色心晶体具有低的色心浓度并且常有色心衰退现象。这些都限制了它们的应用。最近发现的掺Cr⁴⁺的YAG、GSGG、MgSiO₄等晶体在发光波长为1060nm附近的Nd³⁺激光器中具有饱和吸收特性，可作自调Q开关，Cr⁴⁺，Nd³⁺:YAG已经证明是一种性能很好的自调Q激光材料。但由于YAG晶体在生长过程中是凸界面生长，掺杂离子分布不均匀，比较难于生长出高质量大尺寸(直径大于5cm)晶体。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种双掺铬钕钆镓石榴石自调Q激光晶体的生长方法，以获得掺杂离子均匀、大尺寸、高质量的激光晶体。

本发明的技术解决方案如下：

一种双掺铬钕钆镓石榴石自调Q激光晶体，该晶体的结构式为：

Ca_3z/2Nd_3yGd_3(1-y-z/2)Ga_5-xCr_xO₁₂。其原料配方如下：

Gd₂O₃：3(1-y-z/2)

Ga₂O₃：5.1-x

Nd₂O₃：3y

Cr₂O₃：x

CaO：    3z/2

其中x的变化范围：0.01％≤X≤0.5％，y的变化范围：0.5-4％，z/x＝2.0-3.0。

所述的双掺铬钕钆镓石榴石自调Q激光晶体的生长方法，包括下列步骤：

1、按摩尔配比称量下列原料：

Gd₂O₃：3(1-y-z/2)

Ga₂O₃：5.1-x

Nd₂O₃：3y

Cr₂O₃：x

CaO：    3z/2

其中x的变化范围：0.01％≤X≤0.5％，y的变化范围：0.5-4％，z/x＝2.0-3.0；

2、将上述原料经充分混合后，用液压机压块，在1000-1600℃下烧6个小时；

3、装入生长单晶炉，抽真空，充入98％氮气+2％氧气，然后开始生长：

提拉速度：2-5mm/h

旋转速度：10-20rpm；

4、晶体生长完毕，采用原位退火的方法缓慢降至室温取出晶体。

本发明的优点：钆镓石榴石晶体中双掺Nd³⁺离子和Cr⁴⁺离子，可以将它们的性质很好的结合起来.由于Cr，Yb:GGG晶体生长过程中为平界面生长，在垂直于晶体生长方向的平面内，离子浓度差小于1％，所以离子掺杂比其它晶体(如YAG)均匀，并且可以生长出大尺寸(直径大于10cm)高质量的晶体.

具体实施方式

实施例1：

用上述的原料配比和工艺流程生长Cr，Nd:GGG晶体，原料配比中取x＝0.05％，Y＝4％，Z＝2x。首先将Gd₂O₃、Ga₂O₃、Nd₂O₃和Cr₂O₃按上述配比称重，机械混合均匀后，在马弗炉中以1000℃烧结，装入生长单晶炉，抽真空，充入98％氮气+2％氧气.提拉速度：2mm/h旋转速度：15rpm。生长晶体后，缓慢降至室温，取出晶体，经检验：Nd离子，Cr离子浓度均匀分布(在垂直于晶体生长方向的平面内，离子浓度差小于1％)，晶体的光学性质很好。

实施例2：

用上述的原料配比和工艺流程生长Cr，Nd:GGG晶体，原料配比中取x＝0.1％，Y＝0.5％，z＝3x。首先将Gd₂O₃、Ga₂O₃、Nd₂O₃和Cr₂O₃按上述配比称重，机械混合均匀后，在马弗炉中以1400℃烧结，装入生长单晶炉，抽真空，充入98％氮气+2％氧气.提拉速度：2.5mm/h旋转速度：14rpm。生长晶体后，缓慢降至室温，取出晶体，经检验Nd离子和Cr离子浓度均匀分布，晶体的光学性质很好

实施例3：

用上述的原料配比和工艺流程生长Cr，Nd:GG晶体，原料配比中取x＝0.2％，Y＝2％，在＝2.5x。首先将Gd₂O₃、Ga₂O₃、Nd₂O₃和Cr₂O₃按上述配比称重，机械混合均匀后，在马弗炉中以1200℃烧结，装入生长单晶炉，抽真空，充入98％氮气+2％氧气.提拉速度：3mm/h旋转速度：16rpm。生长晶体后，缓慢降至室温，取出晶体，经检验Nd离子，Cr离子浓度均匀分布，晶体的光学性质很好。

实施例4：

用上述的原料配比和工艺流程生长Cr，Nd:GGG晶体，原料配比中取x＝0.5％，Y＝2.5％，z＝2.1x。首先将Gd₂O₃、Ga₂O₃、Nd₂O₃和Cr₂O₃按上述配比称重，机械混合均匀后，在马弗炉中以1250℃烧结，装入生长单晶炉，抽真空，充入98％氮气+2％氧气.提拉速度：2.5mm/h旋转速度：10rpm。生长晶体后，缓慢降至室温，取出晶体，经检验Nd离子，Cr离子浓度均匀分布，晶体的光学性质很好。

实施例5：

用上述的原料配比和工艺流程生长Cr，Nd:GGG晶体，原料配比中取x＝0.4％，Y＝3％，z＝2.3x。首先将Gd₂O₃、Ga₂O₃、Nd₂O₃和Cr₂O₃按上述配比称重，机械混合均匀后，在马弗炉中以1300℃烧结，装入生长单晶炉，抽真空，充入98％氮气+2％氧气.提拉速度：2.5mm/h旋转速度：16rpm。生长晶体后，缓慢降至室温，取出晶体，经检验Nd离子，Cr离子浓度均匀分布，晶体的光学性质很好。

Claims (2)

1、一种双掺铬钕钆镓石榴石自调Q激光晶体，其特征在于该晶体的结构式为：Ca_3z/2Nd_3yGd_3(1-y-z/2)Ga_5-xCr_xO₁₂。

2、权利要求1所述的双掺铬钕钆镓石榴石自调Q激光晶体的生长方法，其特征在于包括下列步骤：

1)按摩尔配比称量下列原料：

Gd₂O₃∶3(1-y-z/2)

Ga₂O₃∶5.1-x

Nd₂O₃∶3y

Cr₂O₃∶x

CaO∶3z/2

其中x的变化范围：0.01％≤X≤0.5％，y的变化范围：0.5-4％，z/x＝2.0-3.0.；

2)将上述原料经充分混合后，用液压机压块，在1000-1400℃下烧6个小时；

3)装入生长单晶炉，抽真空，充入98％氮气+2％氧气，然后开始生长：

提拉速度：2-5mm/h

旋转速度：10-20rpm

4)晶体生长完毕，采用原位退火的方法缓慢降至室温取出晶体。