專利名稱：鏑激活的氟化鈣新型中紅外激光晶體材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光晶體材料領(lǐng)域，特別涉及一類中紅外激光晶體CaF2:Dy3+和CaF2:Dy3+:Yb3+。
背景技術(shù)：
中紅外激光可以通過(guò)幾種方法運(yùn)作，其中通過(guò)稀土或過(guò)渡族離子激活的激光晶體直接產(chǎn)生中紅外輻射是一種最簡(jiǎn)便有效的方法，是目前研究的熱點(diǎn)。
激光晶體直接產(chǎn)生高效中紅外激光輸出的主要問(wèn)題是由于中紅外激光頻率很低，與許多著名激光晶體的晶格振動(dòng)頻率即聲子振動(dòng)頻率相當(dāng)，這樣導(dǎo)致了快速無(wú)輻射弛豫與激光發(fā)射的強(qiáng)烈競(jìng)爭(zhēng)，因此，導(dǎo)致了激光的高被動(dòng)損耗。為了克服這個(gè)問(wèn)題，必須選擇具有低聲子振動(dòng)頻率的材料，而在激光的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中需要采用低溫的條件。
要直接產(chǎn)生中紅外激光，不僅要求激光基質(zhì)的聲子能量要小于500cm-1，聲子能量越小，則無(wú)輻射弛豫幾率也越小。同時(shí)，激光基質(zhì)的光譜在3.0μm～5.0μm要高透，并且要具有高的抗光損傷閾值和良好的物化性能，而激光晶體則要有大的發(fā)射截面(σem＞10-21～10-20cm2)。
一般基質(zhì)材料的最大聲子振動(dòng)頻率的大小次序如下氧化物＞氟化物＞硫化物(包括II-VI族半導(dǎo)體主體晶體材料如ZnSe，ZnS，ZnTe)＞氯化物。在氧化物中，硼酸鹽＞磷酸鹽＞硅酸鹽＞氟磷酸鹽(酯)＞釩酸鹽(或酯)＞鍺酸鹽＞鋁酸鹽＞亞碲酸鹽＞五倍子酸鹽，沒(méi)食子酸鹽。對(duì)于3.0μm～4.0μm的激光，還可以選擇氧化物晶體作為基質(zhì)材料，而對(duì)于＞4.0μm的激光，氧化物晶體則不能作為基質(zhì)材料，只有選擇鹵化物和硫化物作為基質(zhì)材料。
目前，在國(guó)際上，中紅外激光晶體是科學(xué)界的研究熱點(diǎn)，俄美和歐洲已經(jīng)走在前面，而國(guó)內(nèi)才剛起步。稀土或過(guò)渡族離子激活的的激光晶體是可以產(chǎn)生3.0μm~5.0μm中紅外激光的，Tb3+、Dy3+、Er3+、Ho3+、Cr2+、Co2+等便是有效的激活離子。近幾年來(lái)，俄羅斯激光晶體專家Kaminskii等研究了BaYb2F8:pr3+、YLF:Ho3+、YLF:Dy3+、BaF2:LaF2:Nd3+激光晶體，實(shí)現(xiàn)了3.5μm～5.15μm的μJ量級(jí)激光輸山，Ganem和Bowman等研究了PrCl3晶體，在5.242μm和7μm處產(chǎn)生了mJ量級(jí)的激光輸出，而Nostand，M.C.研究了CaGa2S4:Dy3+晶體，在4.38μm獲得了激光輸出，Bowman等研究了KPb2Cl5:Dy3+激光晶體，在4.6μm處獲得了激光輸出。我國(guó)華北光電技術(shù)研究所報(bào)道了Cr，Yb，Ho:YAGG晶體在2.84μm～3.05μm之間實(shí)現(xiàn)了連續(xù)可調(diào)諧的激光輸出。法國(guó)科學(xué)家R.Moncorge等研究了摻雜Yb:Dy和Tm:Dy的LiYF1和KY3F10晶體，獲得了Dy3+離子2.8～3.08μm的寬帶熒光發(fā)射峰，證明了它們作為3.0μm激光晶體的潛在可能性。CaF2屬于立方晶系，空間群為 晶胞參數(shù)為a＝5.471，V＝163.78。它的透過(guò)波段范圍較寬，高透過(guò)率使其在真空紫外至中紅外波段被廣泛用作光學(xué)介質(zhì)，而氟化物最大聲子能量一般為～400cm-1(因?yàn)榫哂休^低的聲子能量，氟化物一般是很好的上轉(zhuǎn)換激光晶體)，不潮解，是一種良好的中紅外激光基質(zhì)材料。而Dy3+離子能級(jí)豐富，采用1.34μm光源激發(fā)，可產(chǎn)生3.0μm～5.0μm的熒光，而Yb3+離子可以敏化Dy3+，如果采用Yb3+離子敏化，則可采用GaAlAs半導(dǎo)體作為激發(fā)源。因此，CaF2:Dy3+和CaF2:Dy3+:Yb3+有望成為一類良好的中紅外激光晶體材料。目前，國(guó)內(nèi)外未見(jiàn)有CaF2:Dy3+和CaF2:Dy3+:Yb3+作為中紅外激光晶體的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于公開(kāi)一類能夠?qū)崿F(xiàn)3.0μm～5.0μm波段中紅外激光輸出的中紅外激光晶體材料。
本發(fā)明制備的CaF2:Dy3+激光晶體，采用CaF2作為激光基質(zhì)材料，Dy3+作為激活離子。
本發(fā)明制備的CaF2:Dy3+:Yb3+激光晶體，采用CaF2作為激光基質(zhì)材料，Dy3+作為激活離子，Yb3+作為敏化離子。
切割加工出一定尺寸、優(yōu)質(zhì)的CaF2:Dy3+或CaF2:Dy3+:Yb3+激光器件，置于激光諧振腔系統(tǒng)，采用合適泵浦源泵浦，實(shí)現(xiàn)3.0μm～5.0μm波段中紅外激光可調(diào)諧輸出。
3.0μm-5.0μm中紅外激光，可以應(yīng)用于大氣遙感、地球資源探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、污染控制等，此外，在同位素分離、醫(yī)療、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用，尤其是在軍事制導(dǎo)、目標(biāo)探測(cè)、遠(yuǎn)距離探測(cè)化學(xué)物質(zhì)和反導(dǎo)對(duì)抗上的應(yīng)用，在反化學(xué)戰(zhàn)和環(huán)境保護(hù)中起到關(guān)鍵性的作用，成為決定戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)的關(guān)鍵技術(shù)。


附圖為CaF2:Dy3+晶體的中紅外激光實(shí)驗(yàn)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一CaF2:Dy3+晶體的生長(zhǎng)制備先對(duì)原料CaF2和DyF3進(jìn)行處理將適量分析純的CaF2和DyF3原料放入自制的燒結(jié)爐中，通入高純氟化氫氣體使之緩緩流過(guò)，加熱進(jìn)行氟化，然后將溫度降下來(lái)，原料存放好備用。
晶體生長(zhǎng)用上述方法獲得的CaF2和DyF3為原料。DyF3的量為1～5at％，在真空操作箱內(nèi)研磨混合均勻，壓片，放入石墨坩堝中。對(duì)下降生長(zhǎng)爐子抽真空，使得爐內(nèi)的真空度達(dá)到＜10-3Pa，開(kāi)始緩慢升溫，當(dāng)爐內(nèi)溫度高于晶體熔點(diǎn)500℃時(shí)，保溫幾個(gè)小時(shí)，以便使得原料熔化完全，然后開(kāi)始以一定速率均勻下降坩堝直到熔體全部結(jié)晶，晶體生長(zhǎng)結(jié)束后，以30℃/h的速率緩慢退火至室溫，取出CaF2:Dy3+晶體。
實(shí)施例二CaF2:Dy3+晶體的中紅外激光實(shí)驗(yàn)切割加工出一定尺寸、優(yōu)質(zhì)的CaF2:Dy3+激光器件，并進(jìn)行吸收和發(fā)射光譜的測(cè)試研究，確定具體的泵浦源和激光發(fā)射波長(zhǎng)，針對(duì)這些波長(zhǎng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行諧振腔腔鏡的鍍膜，設(shè)計(jì)出合適的激光諧振腔，采用～1.34μm波段的合適泵浦源抽運(yùn)，進(jìn)行激光實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)3.0μm～5.0μm波段中紅外激光可調(diào)諧輸出。
實(shí)驗(yàn)裝置如附圖所示。圖中1是塊狀LiLuF4色心激光晶體；2是～1.34μm波段的合適泵浦源；3是對(duì)λ＝3000nm～5000nm波長(zhǎng)全反射和對(duì)～1.34μm波段透射的介質(zhì)鏡；4是對(duì)λ＝3000nm～5000nm波長(zhǎng)部分透射和對(duì)～1.34μm波段全反射的介質(zhì)鏡；5是LPE-1A激光能量計(jì)。
權(quán)利要求
1.鏑激活的氟化鈣新型中紅外激光晶體材料，其特征在于該晶體化學(xué)式為CaF2:Dy3+，Dy3+作為激活離子。
2.鏑激活的氟化鈣新型中紅外激光晶體材料，其特征在于該晶體化學(xué)式為CaF2:Dy3+:Yb3+，Dy3+作為激活離子，Yb3+作為敏化離子。
3.一種權(quán)利要求1或2的激光晶體的用途，其特征在于該晶體用于實(shí)現(xiàn)3.0μm～5.0μm波段中紅外激光可調(diào)諧輸出。
全文摘要
鏑激活的氟化鈣新型中紅外激光晶體材料，涉及一類Dy
文檔編號(hào)H01S3/16GK101089238SQ20061009146
公開(kāi)日2007年12月19日 申請(qǐng)日期2006年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月13日
發(fā)明者涂朝陽(yáng), 李堅(jiān)富, 王燕, 游振宇, 朱昭捷 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所