專利名稱：摻鉺鉬酸鋰鋇釔激光晶體及其制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
摻鉺鉬酸鋰鋇釔激光晶體及其制備方法和用途，它涉及光電子功能材料技 術(shù)領(lǐng)域中的人工晶體和晶體生長(zhǎng)領(lǐng)域，尤其是涉及一種作為固態(tài)激光器中的工 作物質(zhì)的激光晶體材料。
背景技術(shù)：
激光晶體是固體激光器的工作物質(zhì)，它是指以晶體為基質(zhì)，通過分立的發(fā) 光中心吸收泵浦光能量并將其轉(zhuǎn)化為激光輸出的發(fā)光材料。固體激光工作物質(zhì) 由基質(zhì)材料和激活離子組成，其各種物理和化學(xué)性質(zhì)主要由基質(zhì)材料決定，而
其光譜特性和熒光壽命等則由激活離子的能級(jí)結(jié)構(gòu)決定。自1960年，研制成功 人造紅寶石脈沖激光器以來，迄今為止，已發(fā)現(xiàn)了數(shù)百種激光晶體，但因各種 原因，能真正得到實(shí)際應(yīng)用的激光晶體只有十來種。
目前，應(yīng)用最廣泛的激光晶體是摻釹離子的釔鋁石榴石(YAG)晶體，其 具有較好的各種物理和化學(xué)性能，且易于生長(zhǎng)出高光學(xué)質(zhì)量、大尺寸的優(yōu)質(zhì)晶 體。但它存在著吸收譜線窄，不適宜于用LD來進(jìn)行泵浦的缺點(diǎn)，而LD泵浦將 是今后激光泵浦源的發(fā)展方向。
目前國(guó)內(nèi)外都在積極尋找各種物理、化學(xué)性能和機(jī)械性能優(yōu)異，且易于生 長(zhǎng)出高光學(xué)質(zhì)量、大尺寸并適合于LD泵浦的優(yōu)質(zhì)激光晶體材料。Ei^+離子的能 級(jí)豐富，發(fā)射波長(zhǎng)從可見到近紅外共有九個(gè)躍遷通道，其中1.5toi和3.(mm兩 個(gè)波段的激光發(fā)射分別對(duì)應(yīng)4113/2 —4115/2和4111/2 — 4115/2能級(jí)之間的躍遷。1.5Pm 激光對(duì)人眼安全，人體細(xì)胞組織對(duì)3.0Pm激光強(qiáng)烈吸收，因此以Ei^離子為激活 離子的激光晶體在通訊和醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于研制一種新的激光晶體Er3+: Li3Ba2Y3(Mo04)8，能夠直 接使用閃光燈和LD泵浦的，具有較高轉(zhuǎn)換效率的激光晶體材料。Er3+: Li3Ba2Y3(Mo04)8晶體屬于單斜晶系，具有C2/c空間群結(jié)構(gòu)。其中鉺離子是作為 摻雜離子，取代釔離子的晶格位置，鉺的摻雜濃度在3&%左右時(shí)，熒光壽命(t ) 為5 7ms，其熒光壽命是鉺離子濃度的函數(shù)，可根據(jù)不同的需要摻入不同濃度的 鉺離子。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其可輸出1500nm左右波長(zhǎng)的激光，可作為激光晶體。
摻鉺鉬酸鋰鋇釔激光晶體及其制備方法我們經(jīng)過實(shí)驗(yàn)找到了生長(zhǎng)Er3+: LbBa2Y3(Mo04)8晶體的較理想的助熔劑Li2Mo04，以及最佳的生長(zhǎng)條件，并生 長(zhǎng)出了高質(zhì)量的晶體Er3+:Li3Ba2Y3(Mo04)s (見實(shí)施例1)。 具體的化學(xué)反應(yīng)式如下
3Li2C03 + 4BaC03 + 3Y203 + 16Mo03 = 2Li3Ba2Y3(Mo04)8 + 7C02T Li2C。3+ Mo03= Li2Mo04+ C02T 所用的原料純度及廠家如下-
藥品名純度廠家
Er20399.999%中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所
Y20399.999%中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所
Li2C0399.9%國(guó)藥集團(tuán)試劑有限公司
BaC0399.99%國(guó)藥集團(tuán)試劑有限公司
Mo0399.99%中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)上海化學(xué)試劑 公司
助熔劑方法生長(zhǎng)摻鉺鉬酸鋰鋇釔激光晶體，其主要生長(zhǎng)條件如下所用助 熔劑為L(zhǎng)i2Mo04，助熔劑總的濃度控制在60 80at。/。之間，生長(zhǎng)溫度在750-900匸之間，降溫速率為0.5 2'C/天，晶體轉(zhuǎn)速為5 30rpm。
將生長(zhǎng)出的Er3+: Li3Ba2Y3(Mo04)8晶體，在四圓衍射儀上進(jìn)行了衍射數(shù)據(jù)的 收集，結(jié)構(gòu)分析表明，其屬于單斜晶系，具有C2/c空間群結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)為 a=5.206A， b=12.666A， c=19.099A， (3=91.227° V=1259.2A3， Dc=4.861 g/cm3。
將生長(zhǎng)出的Er3+: Li3Ba2Y3(M004)8晶體進(jìn)行吸收光譜、熒光光譜及熒光壽命 等的分析測(cè)試，結(jié)果表明摻3.5at.% Er^+離子的Er3+: Li3Ba2Y3(Mo04)8晶體在 980nm處有吸收，吸收系數(shù)為1.20crrT1，吸收截面0.7X 10'2Qcm2，可以用InGaAs LD作為泵浦源。另外，其在波長(zhǎng)1500nm附近有強(qiáng)的熒光發(fā)射峰，在1535nm 處發(fā)射躍遷截面為0.93X10^cm2，熒光壽命為7.02ms,因?yàn)闊晒鈮勖L(zhǎng)的晶體 能在上能級(jí)積累更多的粒子，增加了儲(chǔ)能，有利于器件輸出功率和輸出能量的 提高。因此，Er^Li3Ba2Y3(Mo04)8晶體能得到較大功率的激光輸出，是一種高 轉(zhuǎn)換效率、低成本、高光學(xué)質(zhì)量和有實(shí)際應(yīng)用前景及使用價(jià)值的激光晶體。
從上所述可見，本發(fā)明的摻鉺鉬酸鋰鋇釔激光晶體，具有能夠用熔鹽法非 常容易地生長(zhǎng)出質(zhì)量?jī)?yōu)良的晶體，生長(zhǎng)工藝穩(wěn)定，具有良好的導(dǎo)熱性能，有優(yōu) 良的光學(xué)特性，很容易用閃光燈泵浦和LD泵浦獲得激光輸出，激光輸出波長(zhǎng)為 1500nm左右，該晶體可作為一種較好的激光晶體。該晶體用于固體激光器中作 為激光工作物質(zhì)，產(chǎn)生1500nm波長(zhǎng)的激光輸出。
具體實(shí)施例方式
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)優(yōu)選方式如下 實(shí)施例1:以Li2Mo04為助熔劑生長(zhǎng)生長(zhǎng)摻雜濃度為4站.°/(^1"3+的Er3+: Li3Ba2Y3(Mo04)8激光晶體。
生長(zhǎng)原料為L(zhǎng)i3Ba2Y3(Mo04)8:Li2Mo04=l:5(摩爾比)，摻入4at。/。的E一+離子。 采用熔鹽頂部籽晶法，在())60x50mm鉑坩鍋中，生長(zhǎng)溫度為750 90(TC之間，以rC/天的降溫速率，10轉(zhuǎn)/分鐘的晶體轉(zhuǎn)速，生長(zhǎng)出了尺寸為25X30X10mm3的 高質(zhì)量的Er3、 Li3Ba2Y3(Mo04)8晶體。經(jīng)ICP(等離子發(fā)射光譜)分析表明晶體中 E一+離子含量3.5at%。
權(quán)利要求
1.一種摻鉺鉬酸鋰鋇釔激光晶體，其特征在于該晶體的分子式為Er3+:Li3Ba2Y3(MoO4)8，屬于單斜晶系，具有C2/c空間群，晶胞參數(shù)為 id="icf0001" file="A2008100717850002C1.tif" wi="20" he="4" top= "37" left = "163" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/> id="icf0002" file="A2008100717850002C2.tif" wi="23" he="4" top= "48" left = "32" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/> id="icf0003" file="A2008100717850002C3.tif" wi="22" he="4" top= "48" left = "59" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>β＝91.227° id="icf0004" file="A2008100717850002C4.tif" wi="25" he="4" top= "48" left = "105" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>Dc＝4.861g/cm3。
2. 如權(quán)利要求1的摻鉺鉬酸鋰鋇釔激光晶體，其特征在于該晶體中El^+離子作為激光激活離子，摻雜于晶體中，取代晶體中￥3+離子的晶格位置，其摻雜濃度在0.5 at.-10at.y。之間。
3. —種權(quán)利要求1的摻鉺鉬酸鋰鋇釔激光晶體的制備方法，其特征在于該 晶體采用熔鹽頂部籽晶法生長(zhǎng)，所用助熔劑為L(zhǎng)i2Mo04，濃度控制在 60at 80at。/。之間，生長(zhǎng)溫度在750 900'C之間，降溫速率為0.5 2'C/天， 晶體轉(zhuǎn)速為5 30rpm。
4. 一種權(quán)利要求1的摻鉺鉬酸鋰鋇釔激光晶體的用途，其特征在于該晶體 用于固體激光器中作為激光工作物質(zhì)，產(chǎn)生1500nm波長(zhǎng)的激光輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光晶體摻鉺鉬酸鋰鋇釔及其制備方法和用途。該方法采用60～80at％Li₂MoO₄為助熔劑，降溫速率為0.5～2℃/天，轉(zhuǎn)速為5～30轉(zhuǎn)/分鐘，生長(zhǎng)出了高質(zhì)量、較大尺寸的Er³⁺:Li₃Ba₂Y₃(MoO₄)₈晶體.該晶體屬單斜晶系，具有C2/c空間群結(jié)構(gòu)。該晶體是一種新型的激光晶體，可產(chǎn)生1500nm左右波長(zhǎng)的激光輸出。
文檔編號(hào)C30B9/00GK101676448SQ20081007178
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月16日
發(fā)明者宋明君, 張莉珍, 王國(guó)富 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所