專利名稱：摻釹硼酸釔鋇激光晶體及其制備方法和用途的制作方法
摻釹硼酸釔鋇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。
摻釹硼酸釔鋇激光晶體及其制備方法和用途，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來進行泵浦的缺點，而LD泵浦將是今后激光泵浦源的發(fā)展方向。
目前國內(nèi)外都在積極尋找各種物理、化學(xué)性能和機械性能優(yōu)異，且易于生長出高光學(xué)質(zhì)量、大尺寸的優(yōu)質(zhì)激光晶體材料，而且該晶體要適合于LD泵浦。
摻釹硼酸釔鋇激光晶體及其制備方法和用途，其發(fā)明的目的就在于研制一種新的激光晶體，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。
本發(fā)明的Nd3+YBa3(BO3)3晶體屬于三方晶系，具有R3空間群結(jié)構(gòu)。其中釹離子是作為摻雜離子，取代釔離子的晶格位置，釹的摻雜濃度在0.05at％～10at％之間，熒光壽命(τ)為17～120μs，其熒光壽命是釹離子濃度的函數(shù)，可根據(jù)不同的需要摻入不同濃度的釹離子。實驗結(jié)果表明其可輸出1060nm波長的激光，可作為激光晶體。
本發(fā)明的Nd3+YBa3(BO3)3晶體是一種同成分熔化的化合物，是采用提拉法生長出的，按化學(xué)反應(yīng)式的比例進行稱樣、混合、壓片，而Nd2O3則按所需濃度加入，所用原料為Nd2O3(純度99.95％，中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所)、Y2O3(純度99.99％，中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所)、BaCO3(純度99.95％，中國醫(yī)藥集團上?；瘜W(xué)試劑公司)、H3BO3(純度99.99％，北京化工廠)，生長是在鉑坩鍋中、惰性氣體(如N2、Ar等)氣氛下進行，晶體生長的參數(shù)為生長溫度1256℃左右，提升速度為0.5～2.0毫米/小時，晶體轉(zhuǎn)速為5～20轉(zhuǎn)/分鐘，生長出了高質(zhì)量的Nd3+YBa3(BO3)3晶體。
將生長出的Nd3+YBa3(BO3)3晶體，在四圓衍射儀上進行了衍射數(shù)據(jù)的收集，結(jié)構(gòu)分析表明，其屬于三方晶系，空間群為R3，晶胞參數(shù)為a＝13.028(2)，c＝9.4992(2)，V＝1396.1(5)3，密度4.834g/cm3；采用油浸法測得其折射率為1.76。
將生長出的Nd3+YBa3(BO3)3晶體，進行吸收光譜、熒光光譜及熒光壽命等的分析測試，結(jié)果表明Nd3+YBa3(BO3)3晶體的主吸收峰在808nm，其半峰寬為15nm，吸收躍遷截面為6.78×10-21cm2，在808nm處較大的半峰寬非常適合于采用AsGaAl半導(dǎo)體激光來進行泵浦，有利于激光晶體對泵浦光的吸收，提高泵浦效率。其在1060nm處的發(fā)射躍遷截面σem為2.91×10-20cm2，半峰寬(FWHM)為17nm，熒光壽命為70μs，因為熒光壽命長的晶體能在上能級積累更多的粒子，增加了儲能，有利于器件輸出功率和輸出能量的提高。因此，Nd3+YBa3(BO3)3晶體能得到較大的輸出，是一種高轉(zhuǎn)換效率、低成本、高光學(xué)質(zhì)量和有實際應(yīng)用前景及使用價值的激光晶體。
本發(fā)明的Nd3+YBa3(BO3)3晶體可用提拉法非常容易地生長出質(zhì)量優(yōu)良的晶體，生長速度快，晶體質(zhì)地堅硬，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，激光輸出波長為1060nm，該晶體可作為一種較好的激光晶體。
摻釹硼酸釔鋇激光晶體及其制備方法和用途，實現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選方式如下實施例實施例1提拉法生長摻雜濃度為3.0at.％Nd3+的Nd3+YBa3(BO3)3激光晶體將按配比準(zhǔn)確稱量好的BaCO3、Y2O3、H3BO3、Nd2O3混合研磨均勻，壓片后，放入φ60×40mm3的鉑坩鍋中，在馬弗爐中于800℃固相反應(yīng)12小時，再升溫至1020℃反應(yīng)10小時。將合成好的以上樣品放入提拉爐中，采用提拉法，在N2氣氛中，生長溫度為1256℃、晶體轉(zhuǎn)速為10轉(zhuǎn)/分鐘，拉速為1毫米/小時的情況下，生長出了尺寸為30×28×20mm3的高質(zhì)量的Nd3+含量為3.0at.％的Nd3+YBa3(BO3)3晶體。
實施例2提拉法生長摻雜濃度為5.0at.％Nd3+的Nd3+YBa3(BO3)3激光晶體將按配比準(zhǔn)確稱量好的BaCO3、Y2O3、H3BO3、Nd2O3混合研磨均勻，壓片后，放入φ60×40mm3的鉑坩鍋中，在馬弗爐中于830℃固相反應(yīng)10小時，再升溫至1050℃反應(yīng)8小時。將合成好的以上樣品放入提拉爐中，采用提拉法，在Ar氣氛中，生長溫度為1250℃、晶體轉(zhuǎn)速為5轉(zhuǎn)/分鐘，拉速為0.8毫米/小時的情況下，生長出了尺寸為27×25×23mm3的高質(zhì)量的Nd3+含量為5.0at.％的Nd3+YBa3(BO3)3晶體。
權(quán)利要求
1.一種摻釹硼酸釔鋇激光晶體，其特征在于該晶體的分子式為Nd3+YBa3(BO3)3，屬于三方晶系，空間群為R3，晶胞參數(shù)為a＝13.028(2)，c＝9.4992(2)，V＝1396.1(5)3，密度4.834g/cm3，折射率1.76。
2.如權(quán)利要求1所述的摻釹硼酸釔鋇激光晶體，其特征在于在該晶體中，Nd3+離子作為摻雜離子，取代晶體中Y3+離子的晶格位置，其摻雜濃度在0.05at～10at％之間。
3.一種權(quán)利要求1的摻釹硼酸釔鋇激光晶體的制備方法，其特征在于該晶體采用提拉法生長，以Y2O3、BaCO3、H3BO3和Nd2O3為原料，按化學(xué)反應(yīng)式的比例稱樣、混合、壓片，而Nd2O3則按所需濃度加入，在鉑金坩鍋中、惰性氣體(如N2、Ar等)氣氛下提拉生長出晶體，晶體生長的參數(shù)為生長溫度1256℃左右，提升速度為0.5～2.0毫米/小時，晶體轉(zhuǎn)速為5～20轉(zhuǎn)/分鐘。
4.一種權(quán)利要求1的摻釹硼酸釔鋇激光晶體的用途，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)，使用閃光燈或激光二極管(LD)作為泵浦源，激發(fā)產(chǎn)生1060nm波長的激光輸出。
5.如權(quán)利要求4所述的摻釹硼酸釔鋇激光晶體的用途，其特征在于用該晶體制成的固體激光器用于光譜學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、軍事等諸多領(lǐng)域中。
全文摘要
摻釹硼酸釔鋇激光晶體及其制備方法和用途，涉及人工晶體領(lǐng)域，特別是涉及一種激光晶體摻釹硼酸釔鋇(Nd
文檔編號C30B29/10GK1473966SQ0212874
公開日2004年2月11日 申請日期2002年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月8日
發(fā)明者王國富, 潘尚可, 林州斌, 胡祖樹 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所