CN1837422A - 自激活激光晶体钨酸钕锂及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

自激活激光晶体钨酸钕锂及其制备方法和用途，涉及人工晶体及其生长领域。该晶体的分子式为LiNd(WO₄)₂，属于四方晶系，空间群为I4(1)/a(C_4h ⁶)，晶胞参数为a＝b＝5.2525，c＝11.3397，V＝314.43³，D_c＝6.843g/cm³。该晶体采用熔盐法，以Li₂W₂O₇为助熔剂，在950－814℃区间，以0.5－1℃/天的降温速率进行生长。该晶体也可以采用提拉法生长，其生长温度为1080℃左右，提升速度为0.5－0.6毫米/小时，晶体转速为15～30转/分钟。该晶体用作激光工作物质可产生1069nm波长的激光输出，可用于光谱学、生物化学、医疗、军事领域的激光器中。

Description

自激活激光晶体钨酸钕锂及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及人工晶体及其生长领域，尤其是涉及一种作为固态激光器中的工作物质的激光晶体材料。

背景技术

自激活激光晶体钨酸钕锂及其制备方法和用途，固体激光工作物质由基质材料和激活离子组成，其各种物理和化学性质主要由基质材料决定，而其光谱特性和荧光寿命等则由激活离子的能级结构决定。自1960年，研制成功人造红宝石脉冲激光器以来，迄今为止，已发现了数百种激光晶体，但因各种原因，能真正得到实际应用的激光晶体只有十来种。

目前，应用最广泛的激光晶体是掺钕离子的钇铝石榴石(YAG)晶体，其具有较好的各种物理和化学性能，且易于生长出高光学质量、大尺寸的优质晶体。但它存在着吸收谱线窄，不适宜于用LD来进行泵浦的缺点，而LD泵浦将是今后激光泵浦源的发展方向。

目前国内外都在积极寻找各种物理、化学性能和机械性能优异，且易于生长出高光学质量、大尺寸的优质激光晶体材料，而且该晶体要适合于LD泵浦。

自激活激光晶体，指的是晶体本身的组成成分中就含有激活离子的晶体，激活离子不是作为掺杂离子掺杂进去的。由于它含有较高浓度的激活离子，因此，一直是科学家追求的目标。世界上第一个自激活激光晶体是1972年发现的(H.G.Danielmeyer，H.P.Weber，IEEE J.Quant.Electro.QE-8(1972)805.)，随后又发现了多个的自激活激光晶体，但由于他们都存在着各种不同的缺陷，无法投入实际使用。目前，最著名的自激活激光晶体是硼酸钕铝晶体[NdAl₃(BO₃)₄，NAB]，其激光实验已获得成功，但由于其为非同成分熔化，要得到高光学质量的晶体极为困难，限制了它的推广使用。

发明内容

本发明的目的就在于研制一种新的、能够直接使用闪光灯和LD泵浦的、具有较高转换效率的激光晶体材料。

本发明的LiNd(WO₄)₂晶体属于四方晶系，具有属I4(1)/a(C_4h ⁶)空间群。在该晶体中，Nd³⁺离子既是激活离子，又是晶体本身化学计量比的一个成分，因此该晶体的激活离子浓度很高，可达6.36×10²¹cm^-3，可有效吸收泵浦源的能量，提高激光晶体的光-光转换效率。因此，该晶体特别适合用做全固态微片激光器和微型激光器。

自激活激光晶体钨酸钕锂及其制备方法和用途：其发明的钨酸钕锂晶体是一种同成分熔化的化合物，可采用熔盐法(高温顶部籽晶法)，以摩尔比50-80％的Li₂W₂O₇为助熔剂，在950-814℃区间，以0.5-1℃/天的降温速率，生长周期为20天左右生长出了高质量、大尺寸的LiNd(WO₄)₂晶体。也可采用提拉法生长。晶体生长原料按化学反应式： 的比例进行称样、混合、压片、烧结。所用原料为：Nd₂O₃(纯度99.95％，中科院长春应用化学研究所)、Li₂CO₃(纯度99.95％，中国医药集团上海化学试剂公司)、WO₃(纯度99.5％，上海试剂总厂)，生长是在铂金坩锅中、空气气氛下进行，晶体生长的参数为生长温度1080℃左右，提升速度为0.5-0.6毫米/小时，晶体转速为15～30转/分钟，生长出了高质量的LiNd(WO₄)₂晶体。

将熔盐和提拉法生长出的晶体用XRD-粉末衍射仪进行表征，并经元素分析，其表明所生长的晶体为LiNd(WO₄)₂晶体，属于四方晶系，空间群为I4(1)/a(C_4h ⁶)，晶胞参数为a＝b＝5.2525Å，c＝11.3397Å，V＝314.43ų，D_c＝6.843g/cm³。

将生长出的LiNd(WO₄)₂晶体，进行偏振吸收光谱、偏振荧光光谱及荧光寿命等的分析测试，结果表明：该晶体在808nm处有一强的吸收峰，吸收系数为70.64cm^-1(E//x)和61.69cm^-1(E//y)，半峰宽22.00nm，吸收截面1.13×10^-20cm²(E//x)和0.97×10^-20cm²(E//y)，适合于采用AsGaAl半导体激光来进行泵浦，有利于激光晶体对泵浦光的吸收，提高泵浦效率；另外，其在波长1069nm有强的荧光发射峰，发射跃迁截面(E//x)为6.768×10^-19cm²(E//x)和7.252×10^-19cm²，半峰宽(FWHM)为16nm，荧光寿命为16.3μs，高激活离子浓度(6.36×10²¹cm^-3)、大的吸收和发射跃迁截面有利于器件输出功率和输出能量的提高。因此，LiNd(WO₄)₂晶体能得到较大的输出，是一种高转换效率、低成本、高光学质量和有实际应用前景及使用价值的激光晶体。

自激活激光晶体钨酸钕锂及其制备方法和用途：其发明的LiNd(WO₄)₂晶体可分别用熔盐法和提拉法非常容易地生长出质量优良的晶体，晶体硬度为5-6，硬度适中，便于加工；有优良的光学特性，很容易用闪光灯泵浦或LD泵浦获得线性偏振激光输出，激光输出波长为1069nm，该晶体可作为一种较好的激光晶体。

具体实施方式

实施例：1.熔盐法(高温顶部籽晶法)生长LiNd(WO₄)₂激光晶体

采用熔盐法(高温顶部籽晶法)，以摩尔比60％的Li₂W₂O₇为助熔剂，在840-814℃区间，以0.5-1℃/天的降温速率，生长周期为20天左右生长出了高质量、大尺寸2.5×3.2×1.2cm³的LiNd(WO₄)₂晶体。

实施例：2.提拉法生长LiNd(WO₄)₂激光晶体。

将按配比准确称量好的Li₂CO₃、WO₃、Nd₂O₃混合研磨均匀，压片后，放入φ80×100mm³的刚玉坩锅中，在马弗炉中于700℃固相反应2小时，再升温至900℃反应18小时。待冷却至室温后，将初次合成的原料再次研磨均匀、压片并再次置于马弗炉中800℃烧结18小时。将合成好的以上多晶原料放入提拉炉中，采用提拉法，生长温度为1080℃左右、晶体转速为30-40转/分钟，拉速为0.5-1毫米/小时的情况下，生长出了尺寸为φ22×20mm3的高质量的LiNd(WO₄)₄晶体。

Claims (6)

1.一种自激活激光晶体钨酸钕锂，其特征在于：该晶体的分子式为LiNd(WO₄)₂，属于四方晶系，空间群为I4(1)/a(C_4h ⁶)，晶胞参数为a＝b＝5.2525，c＝11.3397，V＝314.43³，Dc＝6.843g/cm³。

2.如权利要求1所述的自激活激光晶体钨酸钕锂，其特征在于：在该晶体中，Nd³⁺离子既是激活离子，又是晶体本身化学计量比的一个成分。

3.一种权利要求1的自激活激光晶体钨酸钕锂的制备方法，其特征在于：该晶体采用熔盐法(顶部籽晶法)，以摩尔比50-80％的Li₂W₂O₇为助熔剂，在950-814℃区间，以0.5-1℃/天的降温速率，生长周期为20天左右生长出了高质量、大尺寸的LiNd(WO₄)₂晶体。

4.一种权利要求1的自激活激光晶体钨酸钕锂的制备方法，其特征在于：该晶体经DSC测定，其熔点为1083°(±3)℃，为同成份熔化化合物，可采用提拉法生长出大尺寸、高质量的LiNd(WO₄)₂晶体。

5.一种权利要求1的自激活激光晶体钨酸钕锂的用途，其特征在于：该晶体用于固体激光器中作为激光工作物质，使用闪光灯或激光二极管(LD)作为泵浦源，激发产生1069nm波长的激光输出。

6.如权利要求4所述的自激活激光晶体钨酸钕锂的用途，其特征在于：用该晶体制成的固体激光器用于光谱学、生物化学、医疗、军事领域中。