專利名稱：鏑摻雜氟化鉛晶體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光晶體，尤其是一種鏑摻雜氟化鉛晶體及其制備方法。
背景技術(shù)：
2 5 μ m的中紅外波段覆蓋H2O、CO2、CO、CH4和HF等幾個(gè)重要的分子吸收帶，因此 它在醫(yī)學(xué)、遙感、激光雷達(dá)和光通信等方面有著重要的應(yīng)用。2 μ m波段的激光，鑒于其易在 大氣中傳輸和對人眼安全的特性，2 μ m激光被認(rèn)為是應(yīng)用于醫(yī)療和人眼安全探測系統(tǒng)的理 想光源，這包括醫(yī)用手術(shù)、大氣環(huán)境監(jiān)測、激光雷達(dá)、光電對抗等方面的重要應(yīng)用。3 5μπι 是大氣的一個(gè)窗口，該波段激光對大霧、煙塵等具有較強(qiáng)的穿透力，在海平面上傳輸受到的 氣體分子吸收和懸浮物散射小。海灣戰(zhàn)爭以來，80 90%的飛機(jī)作戰(zhàn)損失是由肩上發(fā)射的 紅外制導(dǎo)地-空導(dǎo)彈(SAM導(dǎo)彈)造成的，包括被伊拉克部隊(duì)擊落的唯一的一架陸軍攻擊直 升機(jī)。紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈探測器(如PbSi，InSb, HgCdTe等)的響應(yīng)范圍在3 5 μ m波段，隨 著更多的先進(jìn)SAM導(dǎo)彈的擴(kuò)散以及先進(jìn)紅外凝視陣列尋的器的出現(xiàn)，針對紅外導(dǎo)引頭的光 電對抗迫切需要該波段的激光光源。Dy3+離子具有豐富的能級結(jié)構(gòu)，因此可以產(chǎn)生很多波段的激光躍遷而備受關(guān)注，利 用6Fn/2 (6H972) -H1572和6F5/2-6H11/2躍遷可以得到1. 33和1. 55 μ m的熒光，這兩個(gè)波段是石英 光纖信號傳輸?shù)闹匾ㄓ嵖?。f5Hll72-6Hiv2和fiH1372-6Hw2能級躍遷中心波長分別位于4. 36和 2. 86 μ m,可將Dy3+離子從基態(tài)6H15/2能級激發(fā)至6F5/2能級，通過無輻射和輻射躍遷至6Fiv2 和6F1372能級后實(shí)現(xiàn)中紅外輻射躍遷。而且Dy3+離子在SOOnm附近存在較大的吸收截面，可 以采用工作在該波段附近的價(jià)格相對較為低廉的半導(dǎo)體激光器來泵浦，也是實(shí)現(xiàn)其商業(yè)應(yīng) 用的優(yōu)勢之一，目前國內(nèi)外學(xué)者在離子摻Dy方面做了大量的研究工作。與氧化物相比，氟化物晶體具有低的聲子能量，這使稀土離子能級間存在較低的 無輻射衰減，提高了光學(xué)躍遷的量子效率和延長了上能級的壽命，從而有利于儲能。最近我 們研究發(fā)現(xiàn)立方結(jié)構(gòu)氟化鉛的晶體，具有更低的聲子能量，這極大地減少了無輻射躍遷的 幾率，提高了光學(xué)躍遷的量子效率；較高的折射率增強(qiáng)了自發(fā)輻射幾率，使稀土離子能級間 具有適中的發(fā)射截面；另外，較寬的透過波段范圍(0. 25 12. 5 μ m)，制備成本較低，易獲 得大尺寸樣品等優(yōu)點(diǎn)。目前鏑摻雜的氟化鉛晶體及其生長方法等方面均尚未見報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種鏑摻雜氟化鉛晶體及其制備方法，該晶體有望在2 5μπι波段激光器中應(yīng)用。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種鏑摻雜氟化鉛晶體，該晶體分子式為DyxPbF2+3x，其中χ為Dy3+的摻雜濃度，χ 的取值范圍為0. 1 IOmol%。所述的鏑摻雜氟化鉛晶體的生長方法，該方法包括下列步驟①選定χ的取值，在晶體生長配方中初始原料為DyF3和I^bF2，根據(jù)分子式DyxPbF2+3x并按化學(xué)計(jì)量比稱量原料，其中χ = 0. 1 IOmol% ；②按上述比例稱取的原料充分混合均勻，真空烘干并壓制成塊，放入石墨或鉬金 坩堝中，采用I^bF2晶體作為籽晶，生長氣氛為氬氣或者CF4等氣體，采用熔體法生長。所述的熔體法為溫梯法或坩堝下降法。本發(fā)明的技術(shù)效果經(jīng)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算表明，本發(fā)明生長的鏑摻雜氟化鉛晶體具有較低的聲子能量、較長 的熒光壽命、較大的吸收和發(fā)射截面。有望在全固態(tài)2 5 μ m波段激光器中應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明Dyac^bFu6晶體在室溫下的拉曼光譜圖2和圖3是本發(fā)明Dyac^bF2J晶體在室溫下的吸收光譜
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1 溫梯法生長Dyac^bF2J3晶體將高純原料DyF3和I^bF2按分子式Dya 01PbF2.03的摩爾比為進(jìn)行配料充分混合均勻， 在130°C脫水12小時(shí)，裝料容器為聚四氟乙烯。取出后壓制成塊，放入石墨坩堝中，生長氣 氛為氬氣，坩堝頂部加蓋，溫度以40°C /小時(shí)升至940°C保溫6小時(shí)后，以5°C /小時(shí)的降溫 生長晶體，生長結(jié)束后以30°C /小時(shí)的降溫速率冷卻到室溫。實(shí)施例2 溫梯法生長Dyatl5PbF2.15晶體本實(shí)施例將高純原料DyF3和I^bF2按分子式Dyac^bF2.15進(jìn)行配比，原料在120°C脫 水14小時(shí)后放入石墨坩堝中，坩堝底部放置In3F2晶體作為籽晶，生長氣氛為CF4保護(hù)氣體， 坩堝頂部加蓋，溫度以50°c /小時(shí)升至960°C恒溫3小時(shí)后，以4°C /小時(shí)的降溫生長晶體， 生長結(jié)束后以40°C /小時(shí)的降溫速率冷卻到室溫。
實(shí)施例3 溫梯法生長Dya JbF2.3晶體本實(shí)施例將高純原料DyF3和I^bF2按分子式Dya ^bFj3進(jìn)行配比，，原料在150°C脫 水10小時(shí)后放入石墨坩堝中，坩堝底部放置I^bF2晶體作為籽晶，生長氣氛為氬氣，坩堝頂 部加蓋，溫度以45°C /小時(shí)升至980°C恒溫3小時(shí)后，以6°C /小時(shí)的降溫生長晶體，生長結(jié) 束后以25°C /小時(shí)的降溫速率冷卻到室溫。實(shí)施例4 坩堝下降法生長DyacilH^ci3晶體本實(shí)施例將高純原料DyFjP I^bF2按分子式Dytl. C^bF2.。3進(jìn)行配比，將高純原料DyF3 和In3F2按分子式的摩爾比為進(jìn)行配料充分混合均勻，在烘干箱內(nèi)經(jīng)150°C 12小時(shí)脫水，然 后均勻壓制成塊。使用直徑為30mm，長為150mm的尖底鉬金坩堝中，脫氧劑為聚四氟乙烯。 熔料溫度960°C，恒溫4小時(shí)。晶體固液生長界面溫度梯度設(shè)置35°C /cm,以lmm/小時(shí)速度 下降坩堝，生長結(jié)束后以30°C /小時(shí)的降溫速率冷卻到室溫。實(shí)施例5 坩堝下降法生長Dyac^bF2J晶體本實(shí)施例將高純原料TmF3和I^bF2按分子式Tma^5進(jìn)行配比，原料在烘干箱 內(nèi)經(jīng)140°C 14小時(shí)脫水，然后均勻壓制成塊。放入尺寸為35mmX35mmX210mm的平底鉬金坩堝中，坩堝底部放置I^bF2晶體作為籽晶，脫氧劑為橡膠。熔料溫度940°C，恒溫6小時(shí)。 晶體固液生長界面溫度梯度設(shè)置為40°C /cm,以0. 8mm/小時(shí)速度下降坩堝，生長結(jié)束后以 300C /小時(shí)的降溫速率冷卻到室溫。晶體取出后加工成IOX IOX Imm3的樣品進(jìn)行光譜測 試，晶體在室溫下的拉曼光譜如圖1所示，該晶體最大的聲子能量約為^OcnT1。室溫下的 吸收光譜如圖2和圖3所示，通過J-O理論計(jì)算得出該晶體具有較大的吸收和發(fā)射截面，同 時(shí)還發(fā)現(xiàn)該晶體具有長的熒光壽命，有望在全固態(tài)2 5 μ m波段激光器中應(yīng)用。實(shí)施例6 坩堝下降法生長DyaiH3F2J晶體本實(shí)施例將高純原料DyF3和I^bF2按分子式Dya ^bF2.3進(jìn)行配比，原料在烘干箱內(nèi) 經(jīng)120°C 16小時(shí)脫水，然后均勻壓制成塊。使用直徑為40，長為180的尖底鉬金坩堝中，坩 堝底部放置I^bF2晶體作為籽晶，脫氧劑為聚四氟乙烯。熔料溫度920°C，恒溫6小時(shí)。晶體 生長溫度梯度設(shè)置25°C /cm,以1. 2mm/小時(shí)速度下降坩堝，生長結(jié)束后以30°C /小時(shí)的降 溫速率到300°C后自然降至室溫。上述實(shí)施例的光譜具有與實(shí)施例5的類似的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)和計(jì)算表明本發(fā)明鏑摻雜的氟化鉛晶體具有低的聲子能量、長熒光壽命、較 大的吸收和發(fā)射截面，有望在全固態(tài)2 5 μ m波段激光器中應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種鏑摻雜氟化鉛晶體，其特征在于該晶體的分子式為Dyxm3FMx，其中XSDy3+W 摻雜濃度，χ的取值范圍為0. 1 IOmol%。
2.權(quán)利要求1所述的鏑摻雜氟化鉛晶體的生長方法，其特征在于該方法包括下列步驟①選定χ的取值，晶體生長的初始原料為DyF3和I^bF2，根據(jù)分子式DyxPbFMx并按化學(xué) 計(jì)量比稱量原料；②晶體生長將所述的原料充分混合均勻，烘干、壓制成塊，放入銥或鉬金坩堝中，采用 I^bF2晶體作為籽晶，生長氣氛為氬氣或者CF4氣體，采用熔體法生長晶體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鏑摻雜氟化鉛晶體的制備方法，其特征在于所述的熔體法為 溫梯法或坩堝下降法。
全文摘要
一種鏑摻雜的氟化鉛晶體，該晶體分子式為DyxPbF2+3x，其中x為Dy3+的摻雜濃度，x＝0.1～10mol％。該晶體采用熔體法生長，該方法包括下列步驟①選定x的取值，在晶體生長配方中初始原料為DyF3和PbF2，根據(jù)分子式DyxPbF2+3x按化學(xué)計(jì)量比稱量原料，其中x＝0.1～10mol％；②按上述比例稱取的原料充分混合均勻，真空烘干并壓制成塊，放入石墨或鉑金坩堝中，采用PbF2晶體作為籽晶，生長氣氛為氬氣或者CF4等氣體。本發(fā)明鏑摻雜的氟化鉛晶體具有較低的聲子能量、較長的熒光壽命、較大的吸收和發(fā)射截面。該晶體有望在全固態(tài)2～5μm波段激光器中應(yīng)用。
文檔編號C30B11/00GK102051682SQ201010530649
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者何曉明, 尹繼剛, 弓娟, 張連翰, 李振毅, 杭寅, 胡鵬超, 趙呈春, 陳光珠 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所