專利名稱：摻釹的硅酸镥激光晶體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光晶體，特別是一種發(fā)光波長處于lym波段的摻釹的硅酸镥激光 晶體及其制備方法，它適合于AlGaAs 二極管泵浦。
背景技術(shù)：
摻釹激光材料具有四能級(jí)系統(tǒng)，容易獲得激光的有效輸出，其中摻釹的晶體材料 具有良好的熱、機(jī)械和光學(xué)性能，是一種良好的激光增益介質(zhì)，適合1 P m波段激光運(yùn)轉(zhuǎn)。
硅酸镥晶體(Lu2Si05)屬于單斜晶系，具有低對(duì)稱晶體結(jié)構(gòu)、扭曲變形的雙格位特 征，為摻雜離子提供更強(qiáng)的晶體場和配位場，有利于摻雜離子的能級(jí)分裂。最近幾年，摻有 Ho3+、 Yb3+等稀土離子的Lu2Si05晶體被報(bào)道，已經(jīng)獲得有效的連續(xù)激光輸出或脈沖激光輸 出，但未見Nd3+摻雜的Lu2Si05晶體的有關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種摻釹的硅酸镥激光晶體及其制備方法，該晶體能夠采 用AlGaAs 二極管泵浦，實(shí)現(xiàn)1 y m波段激光運(yùn)轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的具體實(shí)施方案如下 —種發(fā)光波長處于1 y m波段的摻釹的硅酸镥激光晶體，其特點(diǎn)在于，該摻釹的硅 酸镥激光晶體簡稱為Nd:Lu2S叫，分子式為(NdxLUl—丄S叫，其中x的取值范圍為0. 005 0. 01。
1所述的摻釹的硅酸镥激光晶體的制備方法，其特點(diǎn)在于，該方法包括下列步驟
①原料配方 初始原料采用Nd203， Lu203和Si02并按分子式(NdxLUl—x) 2Si05的化學(xué)計(jì)量比
x : (i-x) : i進(jìn)行配料，其中x的取值范圍為o. 005 o.oi; ②選定x的值后，按化學(xué)計(jì)量比x : (i-x) : 1分別稱量NdA、LuA和Si02，充分
混合均勻后在液壓機(jī)上壓制成料塊，然后裝入氧化鋁坩堝內(nèi)，放進(jìn)馬弗爐中燒結(jié)，用io個(gè)
小時(shí)升溫至120(TC，保溫10個(gè)小時(shí)后再用10個(gè)小時(shí)降溫至室溫，形成塊料；
③將塊料取出放入坩堝內(nèi)，采用熔體法生長Nd:Lu2Si05單晶。
所述的熔體法為提拉法、坩堝下降法或溫度梯度法。
本發(fā)明的技術(shù)效果 本發(fā)明生長的(NdxLUl—x)2Si05晶體，NcT取代Lu3+格位，在強(qiáng)烈的晶體場作用下， 吸收和發(fā)射譜線都比較寬，可提高二極管泵浦的激光效率，并有利于寬的波長調(diào)諧。在摻 釹濃度為0. 5X時(shí)，在811nm處的吸收系數(shù)為2. 67cm—、在1078nm處發(fā)射帶寬高達(dá)13nm，是 Nd:YAG晶體(0. 5nm)的26倍。


圖1為(Nd。.。。5Lu。.995) 2Si05晶體的吸收光譜；
3
圖2為(Nd。.。。5Lu。.995) 2Si05晶體的發(fā)射光譜。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例l. 本實(shí)施例摻釹的硅酸镥激光晶體的制備方法，包括下列步驟
①原料配方 初始原料采用Nd203， Lu203和Si02并按分子式(NdxLUl—x) 2Si05的化學(xué)計(jì)量比
x : (i-x) : i進(jìn)行配料，其中x的取值范圍為o. 005 o.oi; ②本實(shí)施例選定x = 0.005，按化學(xué)計(jì)量比x : (1-x) : 1分別稱量Nd203、 Lu203 和Si(^，充分混合均勻后在液壓機(jī)上壓制成料塊；將料塊裝入氧化鋁坩堝內(nèi)，放進(jìn)馬弗爐中
燒結(jié)，用IO個(gè)小時(shí)升溫至120(TC，保溫IO個(gè)小時(shí)后再用IO個(gè)小時(shí)降溫至室溫，形成塊料，
將塊料放入坩堝內(nèi)，采用熔體法生長上述單晶體。 對(duì)于提拉法，坩堝材料為銥，籽晶為[100]方向的Li^Si05單晶棒，晶體生長在高純 K氣氛中進(jìn)行。提拉速度為l-2mm/h，旋轉(zhuǎn)速度為5-10rpm。 對(duì)于坩堝下降法，坩堝材料采用高純石墨，坩堝底部可以不放籽晶，或放入上述提 拉法中所述的Lu2Si05單晶棒，晶體生長在高純N2氣氛中進(jìn)行。坩堝下降速率為0. l-lmm/ h。 對(duì)于溫度梯度法，坩堝材料采用高純石墨，坩堝底部可以不放籽晶，或放入上述 提拉法中所述的Lu2Si05單晶棒，晶體生長在高純N2氣氛中進(jìn)行。以使得晶體生長速度在 1-1. 8mm/h的降溫速率進(jìn)行降溫并生長晶體。 將上述生長的(NdxLUl—x)2Si05晶體，切割成片，光學(xué)拋光后，在室溫下測試其光譜 性能，采用Lambda 900分光光度計(jì)測試吸收光譜。采用Fluorolog-3熒光光譜儀測試紅外 發(fā)射光譜，泵浦源采用波長為808nm的AlGaAs激光二極管。圖1為(Nd。.。。5Lu。.995) 2Si05晶 體的吸收光譜，其中800 815nm波段的強(qiáng)吸收帶有利于采用AlGaAs激光二極管進(jìn)行泵 浦。圖2為(Nd。.。。5Lu。.995)2Si05晶體的發(fā)射光譜，表明所生長的(Nd。.。。5Lu。.995) 2Si05晶體具 有大的發(fā)射和較寬的發(fā)射帶寬，在1078nm處發(fā)射帶寬為13nm，有利于寬的波長調(diào)諧。實(shí)驗(yàn) 表明在摻釹濃度為0. 5%時(shí)，在811nm處的吸收系數(shù)為2. 67cm—、在1078nm處發(fā)射帶寬高 達(dá)13nm，是Nd: YAG晶體(0. 5nm)的26倍。
實(shí)施例2. 將Nd203， Lu203和Si02高純?cè)习凑誼 = 0. 008稱量?；旌暇鶆蚝笤谝簤簷C(jī)上壓 制成塊，放于銥坩堝內(nèi)，采用提拉法生長晶體，籽晶為[100]方向的Li^Si05單晶棒，晶體生 長在高純N2氣氛中進(jìn)行。提拉速度為1. 5mm/h，旋轉(zhuǎn)速度為8rpm。
實(shí)施例3. 將Nd203， Lu203和Si02高純?cè)习凑誼 = 0. 01稱量?；旌暇鶆蚝笤谝簤簷C(jī)上壓制 成塊，放于銥坩堝內(nèi)，采用提拉法生長晶體，籽晶為[100]方向的Li^Si05單晶棒，晶體生長 在高純N2氣氛中進(jìn)行。提拉速度為2mm/h，旋轉(zhuǎn)速度為10rpm。
實(shí)施例4. 將Nd203， Lu203和Si02高純?cè)习凑誼 = 0. 005稱量?；旌暇鶆蚝笤谝簤簷C(jī)上壓 制成塊，放于石墨坩堝內(nèi)，坩堝底部無籽晶。采用坩堝下降法，在高純K氣氛中生長晶體。坩堝下降速率為0. lmm/h。
實(shí)施例5. 將Nd203， Lu203和Si02高純?cè)习凑誼 = 0. 008稱量?；旌暇鶆蚝笤谝簤簷C(jī)上壓 制成塊，放于石墨坩堝內(nèi)，坩堝底部放有[100]方向的Lu2Si0s單晶棒。采用坩堝下降法，在 高純K氣氛中生長晶體。坩堝下降速率為0.6mm/h。
實(shí)施例6. 將Nd203， Lu203和Si02高純?cè)习凑誼 = 0. 01稱量?；旌暇鶆蚝笤谝簤簷C(jī)上壓制 成塊，放于石墨坩堝內(nèi)，坩堝底部放有[100]方向的Li^Si05單晶棒。采用坩堝下降法，在高 純K氣氛中生長晶體。坩堝下降速率為lmm/h。
實(shí)施例7. 將Nd203， Lu203和Si02高純?cè)习凑誼 = 0. 005稱量?；旌暇鶆蚝笤谝簤簷C(jī)上壓 制成塊，放于石墨坩堝內(nèi)，坩堝底部無籽晶。采用溫度梯度法，在高純N2氣氛中生長晶體。 以使得晶體生長速度在lmm/h的降溫速率進(jìn)行降溫并生長晶體。
實(shí)施例8. 將Nd203， Lu203和Si02高純?cè)习凑誼 = 0. 008稱量。混合均勻后在液壓機(jī)上壓 制成塊，放于石墨坩堝內(nèi)，坩堝底部放有[100]方向的Li^Si05單晶棒。采用溫度梯度法，在 高純N2氣氛中生長晶體。以使得晶體生長速度在1. 5mm/h的降溫速率進(jìn)行降溫并生長晶 體。 實(shí)施例9. 將Nd203， Lu203和Si02高純?cè)习凑誼 = 0. 01稱量。混合均勻后在液壓機(jī)上壓制 成塊，放于石墨坩堝內(nèi)，坩堝底部放有[100]方向的Li^Si05單晶棒。采用溫度梯度法，在高 純N2氣氛中生長晶體。以使得晶體生長速度在1. 8mm/h的降溫速率進(jìn)行降溫并生長晶體。
權(quán)利要求
一種發(fā)光波長處于1μm波段的摻釹的硅酸镥激光晶體，其特征在于，該摻釹的硅酸镥激光晶體簡稱為Nd:Lu2SiO5，分子式為(NdxLu1-x)2SiO5，其中x的取值范圍為0.005～0.01。
2. 權(quán)利要求1所述的摻釹的硅酸镥激光晶體的制備方法，其特征在于，該方法包括下列步驟① 原料配方初始原料采用Nd203， Lu203和Si02并按分子式(NdxLUl—x)2Si05的化學(xué)計(jì)量比x : (i-x) : i進(jìn)行配料，其中x的取值范圍為o. 005 o.oi;② 選定x的值后，按化學(xué)計(jì)量比x : (1-x) : 1分別稱量Nd203、 Lu203和Si02，充分混 合均勻后在液壓機(jī)上壓制成料塊，然后裝入氧化鋁坩堝內(nèi)，放進(jìn)馬弗爐中燒結(jié)，用10個(gè)小 時(shí)升溫至120(TC，保溫10個(gè)小時(shí)后再用10個(gè)小時(shí)降溫至室溫，形成塊料；③ 將塊料取出放入坩堝內(nèi)，采用熔體法生長Nd:Lu2Si05單晶。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的摻釹的硅酸镥激光晶體的制備方法，其特征在于，所述的熔 體法為提拉法、坩堝下降法或溫度梯度法。
全文摘要
一種發(fā)光波長處于1μm波段的摻釹的硅酸镥激光晶體及其制備方法，該摻釹的硅酸镥激光晶體簡稱為Nd:Lu2SiO5，分子式為(NdxLu1-x)2SiO5，其中x的取值范圍為0.005～0.01。采用熔體法生長Nd:Lu2SiO5單晶。該晶體能夠采用AlGaAs二極管泵浦，實(shí)現(xiàn)1μm波段激光運(yùn)轉(zhuǎn)。
文檔編號(hào)C30B29/34GK101701359SQ200910199329
公開日2010年5月5日 申請(qǐng)日期2009年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日
發(fā)明者吳鋒, 周大華, 徐曉東, 成詩恕, 李東振, 程艷 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所