本發(fā)明屬于無機(jī)激光材料，具體涉及一種pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、處于400～760nm的可見波段激光，是存儲，顯示、加工和通訊等領(lǐng)域的基礎(chǔ)光源。pr離子作為稀土離子典型的代表，pr離子摻雜的激光晶體可以實現(xiàn)藍(lán)光區(qū)域的吸收和從綠光到紅光波段的多波長發(fā)射，是一種重要的藍(lán)光泵浦全固態(tài)可見波段激光材料。目前，對于pr離子摻雜的激光晶體主要集中在以氟化物為代表的鹵化物晶體，晶體存在生長困難以及晶體本身的熱機(jī)械性能較差等短板，制約了它的應(yīng)用發(fā)展。找尋生長簡單和機(jī)械性能好的氧化物晶體勢在必行。

2、隨著藍(lán)光ingan半導(dǎo)體激光器(ld)的輸出功率的大幅提升，一種由藍(lán)光ld泵浦pr離子摻雜氧化物激光晶體直接輸出可見波段激光的途徑，得到了科研人員的關(guān)注。目前，使用藍(lán)光ld泵浦，已經(jīng)成功在pr:yalo3、pr:y3al5o12、pr:sral12o19等氧化晶體中實現(xiàn)了激光輸出，但是輸出功率較低(1w以內(nèi))，還有待進(jìn)一步提高。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明提供的pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料根據(jù)基質(zhì)晶體本身的無序結(jié)構(gòu)，能夠增強(qiáng)pr離子的吸收和發(fā)射強(qiáng)度，使該晶體在被藍(lán)光ld直接泵浦時，實現(xiàn)見光波段的激光輸出，且輸出功率高。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料，所述pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料的化學(xué)式如式1所示：

4、xpr:ab1-xga3o7式1，

5、式1中：a元素為ca、sr和ba中的至少一種，b元素為y、la、gd和lu中的至少一種，0＜x≤0.2。

6、優(yōu)選的，所述pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料屬于四方晶系，空間群為

7、

8、優(yōu)選的，a元素為ca或sr，b元素為gd或la。

9、本發(fā)明提供了上述技術(shù)方案所述的pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料的制備方法，包括以下步驟：

10、按照所述pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料的化學(xué)組成將制備原料進(jìn)行兩次燒結(jié)，得到xpr:ab1-xga3o7多晶原料；所述兩次燒結(jié)包括第一次燒結(jié)和第二次燒結(jié)；；

11、在保護(hù)氣體氣氛中，將所述xpr:ab1-xga3o7多晶原料提拉生長，得到所述pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料。

12、優(yōu)選的，所述制備原料包括氧化鐠、氧化鎵、含有a元素的碳酸鹽和含b元素的氧化物。

13、優(yōu)選的，所述第一次燒結(jié)包括依次進(jìn)行第一次研磨、第一次壓片和第一次焙燒；

14、所述第一次焙燒的溫度為1000～1300℃，時間為15～25h，由室溫升溫至所述第一次焙燒的溫度的升溫速率為150～250℃/h。

15、優(yōu)選的，所述第二次燒結(jié)包括依次進(jìn)行第二次研磨、第二次壓片和第二次焙燒；

16、所述第二次焙燒的溫度為1000～1300℃，時間為15～25h，由室溫升溫至所述第二次焙燒的溫度的升溫速率為150～250℃/h。

17、優(yōu)選的，所述提拉生長的溫度為1500～1700℃，提拉速度為0.5～3mm/h，旋轉(zhuǎn)速度為5～15r/min。

18、優(yōu)選的，所述提拉生長結(jié)束后得到初始晶體，還包括：將所述初始晶體由所述提拉生長的溫度降溫至室溫，得到所述pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料；所述降溫的速率為5～20℃/h。

19、本發(fā)明提供了上述技術(shù)方案所述的pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料或上述技術(shù)方案所述的制備方法制備得到的pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料在可見光波段的激光輸出中的應(yīng)用。

20、本發(fā)明提供了一種pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料，所述pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料的化學(xué)式如式1所示：xpr:ab1-xga3o7式1，式1中：a元素為ca、sr和ba中的至少一種，b元素為y、la、gd和lu中的至少一種，0＜x≤0.2。本發(fā)明提供的pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料(化學(xué)式xpr:ab1-xga3o7，簡稱pr:abgm)是一種新型的鎵酸鹽激光基質(zhì)材料，其中的a元素即二價堿土陽離子(ca、sr和ba中的至少一種)和b元素即三價稀土陽離子(y、la、gd和lu中的至少一種)同屬于4e格位，在生長時a原子和b原子會有一定程度上的互相占位(即混合占位)導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)為無序結(jié)構(gòu)，會增強(qiáng)pr離子的吸收和發(fā)射強(qiáng)度，使得pr離子的吸收峰和發(fā)射峰很大程度上的展寬，非常適合藍(lán)光ld泵浦以實現(xiàn)青光、橙光以及紅光激光輸出。同時，本發(fā)明提供的pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料化學(xué)式中的x的值根據(jù)激光運(yùn)轉(zhuǎn)需要0到0.2之間變化，具有良好的物理化學(xué)穩(wěn)定性、較好的熱學(xué)性能和較低的聲子能量。綜上，本發(fā)明提供的pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料為單晶體材料，根據(jù)基質(zhì)晶體本身的無序結(jié)構(gòu)，能夠增強(qiáng)pr離子的吸收和發(fā)射強(qiáng)度，使該晶體在被藍(lán)光ld直接泵浦時，實現(xiàn)激光輸出，且輸出功率高。

21、本發(fā)明提供了上述技術(shù)方案所述的pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料的制備方法，包括以下步驟：按照所述pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料的化學(xué)組成將制備原料進(jìn)行兩次燒結(jié)，得到xpr:ab1-xga3o7多晶原料；在保護(hù)氣體氣氛中，將所述xpr:ab1-xga3o7多晶原料提拉生長，得到所述pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料。本發(fā)明提供的方法采用提拉法生長出較大尺寸、質(zhì)量優(yōu)良的pr離子摻雜的鎵酸鹽激光單晶體材料，晶體的生長方法穩(wěn)定，晶體具有穩(wěn)定的物理化學(xué)性能和良好的光學(xué)性能，原料易得、能夠直接使用藍(lán)光ld泵浦，且輸出功率高。

22、由實施例的結(jié)果表明，本發(fā)明提供的pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料，pr3+離子作為激活離子，實現(xiàn)470～500nm青光、590～620nm橙光和630～660nm紅光發(fā)射，晶體的無序結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了pr3+離子的吸收和發(fā)射。

技術(shù)特征：

1.一種pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料，其特征在于，所述pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料的化學(xué)式如式1所示：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料，其特征在于，所述pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料屬于四方晶系，空間群為

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料，其特征在于，a元素為ca或sr，b元素為gd或la。

4.權(quán)利要求1～3任一項所述的pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述制備原料包括氧化鐠、氧化鎵、含有a元素的碳酸鹽和含b元素的氧化物。

6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于，所述第一次燒結(jié)包括依次進(jìn)行第一次研磨、第一次壓片和第一次焙燒；

7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于，所述第二次燒結(jié)包括依次進(jìn)行第二次研磨、第二次壓片和第二次焙燒；

8.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于，所述提拉生長的溫度為1500～1700℃，提拉速度為0.5～3mm/h，旋轉(zhuǎn)速度為5～15r/min。

9.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于，所述提拉生長結(jié)束后得到初始晶體，還包括：將所述初始晶體由所述提拉生長的溫度降溫至室溫，得到所述pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料；所述降溫的速率為5～20℃/h。

10.權(quán)利要求1～3任一項所述的pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料或權(quán)利要求4～9任一項所述的制備方法制備得到的pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料在可見光波段的激光輸出中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于無機(jī)激光材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的Pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料的化學(xué)式如式1所示：xPr:AB<subgt;1?x</subgt;Ga<subgt;3</subgt;O<subgt;7</subgt;式1，式1中：A元素為Ca、Sr和Ba中的至少一種，B元素為Y、La、Gd和Lu中的至少一種，0＜x≤0.2。本發(fā)明提供的Pr離子摻雜的鎵酸鹽激光晶體材料為單晶體材料，根據(jù)基質(zhì)晶體本身的無序結(jié)構(gòu)，能夠增強(qiáng)Pr離子的吸收和發(fā)射強(qiáng)度，使該晶體在被藍(lán)光LD直接泵浦時，實現(xiàn)更高效的激光輸出。本發(fā)明提供的晶體可用于可見光波段的激光輸出，在科學(xué)研究、工業(yè)制造和軍事領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：孫益堅,林義洋,梁玲,鄒征剛,龔國亮,溫和瑞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江西理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2