專(zhuān)利名稱(chēng)：摻釹鎢酸鋰鋇鐿激光晶體及其制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明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(guò)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I960年，研制成功人造紅寶石脈沖激光器以來(lái)，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(lái)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(lái)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。摻釹鎢酸鋰鋇鐿激光晶體及其制 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。

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Nd3+: Li3Ba2Y3 (WO4) 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。Nd3+ = Li3Ba2Y3(WO4)8晶體屬于單斜 晶系，具有C2/c空間群結(jié)構(gòu)。其中釹離子是作為摻雜離子，取代鐿離子的晶格位置，釹的摻 雜濃度在0. 5at. % 15at. %之間，熒光壽命(τ)為0. 1 0. 2ms，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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其可輸出1.06μπι左 右波長(zhǎng)的激光，可作為激光晶體。摻釹鎢酸鋰鐿激光晶體及其制備方法我們經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)找到了生長(zhǎng) Nd3+ILi3Ba2Y3(WO4)8晶體的較理想的助熔劑=Li2WO4,以及最佳的生長(zhǎng)條件，并生長(zhǎng)出了高質(zhì) 量的晶體Nd3+:Li3Ba2Y3(WO4)8(見(jiàn)實(shí)施例1)。具體的化學(xué)反應(yīng)式如下3Li2C03+4BaC03+3Y203+16W03 = 2Li3Ba2Y3 (WO4) 8+7C02 個(gè)Li2C03+W03 = Li2W04+C02 個(gè)所用的原料純度及廠家如下
助熔劑方法生長(zhǎng)摻釹鎢酸鋰鋇鐿激光晶體，其主要生長(zhǎng)條件如下所用助熔劑 為L(zhǎng)i2WO4,原料按Li2WO4與Li3Ba2Y3(WO4)8的摩爾比在60 間配制，生長(zhǎng)溫度在 850 1000°C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Nd3+ Li3Ba2Y3 (WO4) 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=5.1808A, b = 12.6767A,c = 19.1607A, β = 92.237°，V=1257.43A3A = 6. 902g/cm3。生長(zhǎng)出的Nd3+ = Li3Ba2Y3(WO4)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4. 6at. % Nd3+離子的Nd3+:Li3Ba2Y3(WO4)8晶體的主吸收峰在805nm，吸收 躍遷截面為10. 12 X 10-2°cm2 (E//Y偏振)，其半峰寬為9nm，吸收截面為2. 33 X lO^cm2 (E// X偏振)，半峰寬為17nm,吸收截面為3. 69 X IO^20Cm2 (E//Z偏振)，半峰寬為13nm,在805nm 處較大的半峰寬非常適合于采用AsGaAl半導(dǎo)體激光來(lái)進(jìn)行泵浦，有利于激光晶體對(duì)泵浦 光的吸收，提高泵浦效率。其在850nm-1400nm波段有三個(gè)非常寬的發(fā)射帶，其中峰中心在 1061nm 處，發(fā)射截面為 13. 52 X 10_20Cm2 (E//Y 偏振)；發(fā)射截面為 8. 54X IO^20Cm2 (E//Z 偏 振)；發(fā)射截面為8.86X10_2°cm2(E//X偏振)；熒光壽命為151 μ s，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， Nd3+ Li3Ba2Y3 (WO4) 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。Nd3+ = Li3Ba2Y3(WO4)8晶體可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)速度 快，晶體質(zhì)地堅(jiān)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(zhǎng)為1. 06 μ m左右，該晶體可作為一種較好的激光晶體。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 熔鹽生長(zhǎng)摻雜濃度為6. Oat. % Nd3+的Nd3+: Li3Ba2Y3 (WO4) 8激光晶體。生長(zhǎng)原料按Li3Ba2Y3 (WO4)8 Li2WO4 = 1 3 (摩爾比)配制，摻入 6at % 的 Nd3+ 離子。采用熔鹽頂部籽晶法，在Φ60X50mm鉬坩鍋中，生長(zhǎng)溫度為980 — 900°C之間，以 I0C /天的降溫速率，30轉(zhuǎn)/分鐘的晶體轉(zhuǎn)速，生長(zhǎng)出了尺寸為45X24X 16mm3的高質(zhì)量的 Nd3+ Li3Ba2Y3 (WO4) 8晶體。經(jīng)ICP (等離子發(fā)射光譜)分析表明晶體中Nd3+離子含量4. 6at %。
權(quán)利要求
一種摻釹鎢酸鋰鋇鐿激光晶體，其特征在于該晶體的分子式為L(zhǎng)i3Ba2Y3(WO4)8，屬于單斜晶系，具有C2/c空間群，晶胞參數(shù)為β＝92.237°Dc＝4.713g/cm3。F2009101120739C0000011.tif,F2009101120739C0000012.tif,F2009101120739C0000013.tif,F2009101120739C0000014.tif
2.如權(quán)利要求1所述的摻釹鎢酸鋰鋇鐿激光晶體，其特征在于在該晶體中，Nd3+ 離子作為激光激活離子，摻雜于晶體中，取代晶體中Y3+離子的晶格位置，其摻雜濃度在 0. 5at. -15at. %之間。
3.—種權(quán)利要求1所述的摻釹鎢酸鋰鋇鐿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)i2WO4,摩爾濃度控制在20at 40at %之間，生長(zhǎng) 溫度在850 1000°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所述的摻釹鎢酸鋰鋇鐿激光晶體的用途，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作為泵浦源，激發(fā)產(chǎn)生1. 06 μ m 左右波長(zhǎng)的激光輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及人工晶體領(lǐng)域，特別是涉及一種激光晶體摻釹鎢酸鋰鐿Nd3+:Li3Ba2Y3(WO4)8及其制備方法和用途。該方法采用60～80at％Li2WO4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Nd3+:Li3Ba2Y3(WO4)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1.06μm左右波長(zhǎng)的激光輸出。用該晶體制成的固體激光器可用于光譜學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、軍事等諸多領(lǐng)域中。
文檔編號(hào)C30B29/32GK101928989SQ20091011207
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者張莉珍, 李 浩, 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