一種Er³⁺/Nd³⁺共摻雜Na₅Lu₉F₃₂單晶體及其生長(zhǎng)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Er3+/Nd3+共摻雜Na5Lu9F32單晶體及其生長(zhǎng)方法。在Na5Lu9F32單晶體中摻入Er3+與Nd3+離子，Nd3+作為敏化離子。該單晶體的OH?離子的含量少，在2.7μm波段沒有吸收，它的最大聲子能量低(440cm?1)。在800nm激光二極管激發(fā)下，獲得具有大幅增強(qiáng)2.7μm發(fā)光效應(yīng)。用加熱溫場(chǎng)上移法進(jìn)行晶體生長(zhǎng)具有設(shè)備簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)等特性。該技術(shù)可克服由于機(jī)械傳動(dòng)對(duì)晶體造成的色帶、生長(zhǎng)條紋等缺陷，有利于獲得優(yōu)質(zhì)單晶體。
【專利說明】
_種Er3+/Nd3+共摻雜Na5l_U9F32單晶體及其生長(zhǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及Na5Lu9F32單晶體，具體涉及一種具有增強(qiáng)2.7μπι中紅外波段發(fā)射特性的Er3VNd3+共摻雜Na5Lu9F32單晶體及其生長(zhǎng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由于在激光醫(yī)學(xué)手術(shù)、遙感、激光雷達(dá)、化學(xué)傳感和軍事等方面的重要應(yīng)用，中紅外2.7μπι中心波段的固體激光器受到國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)的高度重視。
[0003]稀土離子摻雜的無機(jī)材料是獲得近紅外及中紅外激光的有效途徑之一。大多數(shù)鑭系族稀土離子具有豐富的能級(jí)結(jié)構(gòu)。其中Er3+稀土離子的4111/2—4113/2能級(jí)躍起能產(chǎn)生2.7μm的熒光發(fā)射，以Er3+為發(fā)光中心的2.7μπι中紅外激光材料已有一定的研究，主要是Er3+單摻雜Li YF4、CaF2、YAl O3、SrLaGa3O7、BaY2F8的晶體以及Er3+與稀土敏化離子共摻雜的氟化物玻璃基質(zhì)。
[0004]Er3+離子中其上能級(jí)4111/2的熒光壽命比下能級(jí)4113/2短，因此Er3+離子單摻雜晶體在2.7μπι波段的發(fā)光效率相對(duì)較低，發(fā)光強(qiáng)度較弱，這將嚴(yán)重制約該類材料在2.7μπι波段中紅外激光器中的應(yīng)用。在材料中摻入Nd3+稀土敏化離子，通過Er3+到Nd3+離子的有效能量轉(zhuǎn)移(Er3+:4I13/2，Nd3+:4I9/2)4(Er3+:4I15/2，Nd3+:4I15/2)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)Er3+離子下能級(jí)4I13/2的有效去粒子數(shù)化作用，獲得增強(qiáng)的2.7μπι波段中紅外波段發(fā)光。
[0005]氟化物由于其基質(zhì)聲子能量低、稀土離子發(fā)光效率高、中紅外波段透過率高以及物化性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，是作為2.7μπι中紅外發(fā)射的優(yōu)選材料。作為激光材料的氟化物主要由玻璃與單晶體兩種形態(tài)。盡管在氟化物玻璃中通過Nd3+稀土離子的敏化作用實(shí)現(xiàn)了 Er3+離子的2.7μπι中紅外增強(qiáng)發(fā)光效果，但對(duì)于氟化物等非氧化物玻璃材料而言，高質(zhì)量大塊尺寸玻璃制備，特別是玻璃材料機(jī)械性能、熱學(xué)性能、物化性能及機(jī)械強(qiáng)度差等方面難以解決的本身缺陷和技術(shù)難點(diǎn)制約其發(fā)展，也成為特種氟化物等非氧化物玻璃光纖走向?qū)嵱没淖畲笳系K。與玻璃態(tài)材料相比，單晶體的剛性周期性對(duì)稱結(jié)構(gòu)有利于獲得高的發(fā)光效率以及實(shí)現(xiàn)激光的輸出；與相應(yīng)的氟化物玻璃基質(zhì)相比，氟化物單晶體材料具有優(yōu)異的熱學(xué)、機(jī)械、化學(xué)穩(wěn)定性，更加容易加工，更適合于在激光器件中的應(yīng)用;選用合適的材料作為稀土離子摻雜基質(zhì)，采用半導(dǎo)體LD直接栗浦的稀土離子摻雜單晶體不僅是獲得2.7μπι中紅外光源的有效途徑，而且具有全固態(tài)、穩(wěn)定性好、小型化與器件化等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]迄今為止對(duì)于氟化物單晶體的研究主要集中在LiYF4單晶體中，在Er3VNd3+雙摻雜Li YF4單晶體中實(shí)現(xiàn)了 2.7μηι中紅外波段的增強(qiáng)發(fā)光(見X.Zhuang，et a 1./Enhancedemiss1n of 2.7μηι from Er3+/Nd3+co-doped LiYF4single crystal77 ,Materials Scienceand Engineering B，178，(2013):326-329)。但是在獲得的LiYF4單晶體中，由于LiF與YF3制備原料的易吸濕性，LiYF4單晶體中存在一定含量的0H—根離子，因?yàn)?H—根離子對(duì)?2.7μπι波段光存在吸收，該吸收波段與Er3+離子的2.7μπι中紅外熒光發(fā)射波段相重合，因此對(duì)2.7μπι中紅外激光輸出效率產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。同時(shí)會(huì)引起晶體的發(fā)熱而影響激光運(yùn)行的穩(wěn)定性與壽命。為了能高效實(shí)現(xiàn)2.7μπι波段的激光輸出與穩(wěn)定的運(yùn)行，需要降低材料中OH-根離子的濃度與減少激光基質(zhì)材料在2.7μπι波段的吸收。
[0007]Na5LugF32是一種性能穩(wěn)定的氟化物，該氟化物的最大聲子能量為440cm—S因此稀土離子在該基質(zhì)中的發(fā)光效率高。Na5Lu9F32通常由粉體與單晶體體兩種形態(tài)存在。過去的文獻(xiàn)曾經(jīng)報(bào)道過稀土離子摻雜Na5LugF32納米納米晶材料的制備與光學(xué)性能(見R.E.Thoma，et al.，〃The sodium fluoride-lanthnide trifluoride syetem〃，InorganicChemistry，5(7)，(1966): 1222-1229;I.M.Shmytko，et al.，〃Fine structure ofNa5LugF32Nanocrystallites formed at the initial stage of crystallizat1n"，Physics of the Solid State，51(9)，(2009):1907-1911;Shili Gai，et al./Facilesynthesis and up-convers1n properties of monodisperse rare earth fluoridenano crystals"，Dalton Trans.,41，(2012): 11716-11724.)，由于納米粉體材料對(duì)光存在嚴(yán)重的散射，限制了粉體材料的應(yīng)用；同時(shí)納米粉體材料由于較高的表面活性，容易團(tuán)聚與反應(yīng)，性能很不穩(wěn)定;再者，由于大多納米粉體的制備在晶體的熔融溫度以下，因此稀土離子通常容易吸附在納米粉體的表面，很難進(jìn)入到晶體的格位中。納米粉體的這些特性，使得其應(yīng)用范圍大幅度受到影響。單晶體的整體發(fā)光效應(yīng)以及高度透明性，在閃爍等特定領(lǐng)域中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)是多晶粉體材料所無法比擬的，但是單晶體生長(zhǎng)歷來是一類極其有難度與不易突破的技術(shù)。對(duì)于Na5Lu9F32,還沒有能生產(chǎn)出較大塊體尺寸的稀土離子摻雜Na5Lu9F32單晶體。在本發(fā)明中以Na5Lu9F32為基質(zhì)，在其中共摻入Er3VNd3+，驚奇地發(fā)現(xiàn)，獲得的Er3+/Nd3+:Na5Lu9F32單晶體其OH—離子的含量極低，對(duì)2.7μπι波段幾乎沒有吸收。
[0008]單晶體的生長(zhǎng)技術(shù)主要由提拉法與坩禍下降法。提拉法是將原料放入銥金坩禍中熔化成熔體，在適當(dāng)溫度下讓籽晶接觸熔體表面，然后緩慢向上提拉生長(zhǎng)晶體。其設(shè)備比較昂貴，技術(shù)要求高。由于坩禍?zhǔn)情_口的，對(duì)于生長(zhǎng)具有高腐蝕與侵蝕性的氟化物單晶體時(shí)，其不銹鋼設(shè)備受到嚴(yán)重的損害，使用壽命大幅度降低，同時(shí)在爐膛內(nèi)還需要復(fù)雜的氣體保護(hù)裝置，因此不適合生長(zhǎng)氟化物單晶體。坩禍下降法是在溫場(chǎng)保持穩(wěn)定的情況下，通過機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備緩慢下降坩禍，使得生長(zhǎng)的熔體從高溫區(qū)逐步進(jìn)入到結(jié)晶溫度以下的低溫區(qū)域進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，改進(jìn)的坩禍下降法可完全密封白金坩禍，從而可隔絕空氣和水汽，阻止了高溫下?lián)]發(fā)的氟化物氣體對(duì)設(shè)備的腐蝕。但由于坩禍與生長(zhǎng)原料處于機(jī)械傳動(dòng)狀態(tài)，機(jī)械傳動(dòng)對(duì)晶體生長(zhǎng)帶來的諸如在晶體內(nèi)產(chǎn)生大量的色帶、生長(zhǎng)條紋，嚴(yán)重影響晶體的質(zhì)量等不良因素，不利于優(yōu)質(zhì)的氟化物單晶體的規(guī)模生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種0Η—根含量少、2.7μπι中紅外附近波段沒有吸收的Er3+/Nd3+共摻雜氟化物單晶體及其生長(zhǎng)方法，且該單晶體具有優(yōu)異的機(jī)械性能、熱學(xué)性能、物化性能、增強(qiáng)的2.7μπι中紅外發(fā)射與高的光學(xué)透過性能。
[0010]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種Er3VNd3+共摻雜Na5Lu9F32單晶體，該Na5Lu9F32單晶體是一種稀土離子Er3VNd3+共摻雜的單晶體，單晶體的化學(xué)分子式為Na5Lu(9-x-y)ErxNdyF32，其中 0.045<x<0.45，0.0225<y<0.315。
[0011]Er3VNd3+共摻Na5Lu9F32單晶體在800nm激光二極管激發(fā)下，Er3+與Nd3+離子的摩爾比在1: 0.5?0.7時(shí)，2.7μπι中紅外波段的發(fā)光效果最佳。
[0012]一種Er3+/Nd3+共摻雜Na5Lu9F32單晶體的生長(zhǎng)方法，包括以下步驟:
[0013]原料的配料:
[0014](l)d$40mol%NaF、53.3?59.38mol%LuF3、0.32?3.2mol%ErF3、0.3?3.5mol%NdF3的摩爾百分比濃度的組分組成，分別稱取相應(yīng)重量的NaF、LuF3、ErF3和NdF3,混合后置于碾磨器中，碾磨混合5?6小時(shí)，得到均勻的粉末；
[0015]原料的氟化氫高溫處理:
[0016](2)、將上述混合料置于舟形鉑金坩鍋中，再安裝于管式電阻爐的鉑金管道中，然后先用N2氣排除鉑金管道中的空氣，再在溫度770?800°C，通HF氣下，反應(yīng)處理I?5小時(shí)，除去可能含有的H2O與氟氧化物，在反應(yīng)過程中用NaOH溶液吸收尾氣中的HF氣體，反應(yīng)結(jié)束后，停止通HF氣體，關(guān)閉管式電阻爐，最后用高純N2氣體排除鉑金管道中殘留的HF氣體，得至IJ摻有Er3+和Nd3+的多晶粉料；
[0017]晶體生長(zhǎng):
[0018](3)、將上述多晶粉料置于碾磨器磨成粉末，然后置于Pt坩禍中并壓實(shí)，密封Pt坩禍；
[0019](4)、將密封的Pt坩禍置于硅鉬棒爐中，用加熱溫場(chǎng)上移法進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，生長(zhǎng)晶體的參數(shù)為:爐體溫度為990?1020°C，接種溫度為860?880°C，固液界面的溫度梯度為50?80 °C/cm，驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置上移加熱溫場(chǎng)進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，熱場(chǎng)上移速度為0.4?2mm/h;
[0020]晶體的原位退火:
[0021](5)、晶體生長(zhǎng)結(jié)束后，停止機(jī)械移動(dòng)裝置，以每小時(shí)20?50°C下降爐溫至室溫，進(jìn)行晶體的原位退火，最后得到Er3VNd3+共摻雜的Na5Lu9F32單晶體。
[0022]步驟(I)中所述的NaF、LuF3、ErF3和NdF3的純度均大于99.99%。
[0023]本發(fā)明所用的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。其爐膛包括置于四周保溫層9(主要由Al2O3泡沫磚與石棉組成)、上保溫蓋板10(由Al2O3泡沫磚組成)以及下?lián)醢?(由Al2O3泡沫磚組成)內(nèi)，硅鉬棒發(fā)熱體5作為發(fā)熱元件，由底托2支撐Al2O3陶瓷圓筒3，圓筒3內(nèi)填滿Al2O3粉體8以起到固定白金坩禍7與保溫作用。白金坩禍底部與爐膛溫度分別用單鉑銠熱電偶I和單鉑銠熱電偶6檢測(cè)，根據(jù)熱電偶I測(cè)定的溫度來完成接種過程，熱電偶6作為溫控?zé)犭娕?，位于高溫區(qū)與低溫區(qū)之間的固液界面的溫度梯度可以通過下?lián)醢?的厚度與大小來調(diào)節(jié)，爐膛的溫度可通過功率大小來調(diào)節(jié)。整個(gè)爐子固定于固定架與機(jī)械傳動(dòng)裝置11上。
[0024]由于晶體生長(zhǎng)主要是通過精密機(jī)械傳動(dòng)11的控制與固液界面溫度梯度的調(diào)節(jié)來完成，在生長(zhǎng)過程中由于坩禍以及生長(zhǎng)原料保持靜止，發(fā)熱體向上移動(dòng)，因此稱為“加熱溫場(chǎng)上移法”。
[0025]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0026]1、在材料中摻入Nd3+稀土敏化離子，通過Er3+到Nd3+離子的有效能量轉(zhuǎn)移(Er3+:4Ii3/2，Nd3+:4I9/2)4(Er3+:4I15/2，Nd3+:4I15/2)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì) Er3+離子下能級(jí) 4113/2 的有效去粒子數(shù)化作用，獲得增強(qiáng)的2.7μπι波段中紅外波段發(fā)光。
[0027]2、由于生長(zhǎng)Na5Lu9F32單晶體的原料為NaF與LuF3，經(jīng)過步驟(I)的配料、步驟(2)高溫HF處理、步驟(3)的Pt坩禍密封、步驟(4)的生長(zhǎng)與步驟(5)的晶體原位退火，這樣能得到較大與質(zhì)量較高的晶體，Na5Lu9F32單晶體中0Η—離子的含量低，從圖4測(cè)定的實(shí)施例Er3+/Nd3+:Na5Lu9F32與對(duì)比例Er3VNd3+:LiYF4單晶體的透過光譜圖看出，Er3+/Nd3+:Na5Lu9F32單晶體中具有意想不到的低0H—離子濃度，在2.7μπι中紅外波段幾乎沒有吸收，透過率高，然而LiYF4單晶體中存在一定量的OH—離子，在2.7μπι的吸收系數(shù)為0.144(3111—1。這由于如？、1^^3及Na5Lu9F32相對(duì)來說不易吸濕所導(dǎo)致。因此對(duì)2.7μπι中紅外激光輸出效率不會(huì)產(chǎn)生影響。同時(shí)不會(huì)引起晶體的發(fā)熱，能高效實(shí)現(xiàn)2.7μπι波段的激光輸出與穩(wěn)定的運(yùn)行。從圖4可以得到，Na5Lu9F32(達(dá)到7150cm—O比LiYF4(達(dá)到6417cm—O單晶體在中紅外波段有寬的透過范圍，同時(shí)根據(jù)測(cè)定的拉曼光譜圖2，Na5Lu9F32氟化物單晶體最大聲子能量?jī)H為440cm—、因此它是一種具備發(fā)光效率高的晶體材料，稀土離子在該晶體中的摻雜濃度高。
[0028]3、該法的加熱溫場(chǎng)上移法主要通過:①下熱擋板4的厚度與大小;②上熱擋板10的厚度與大小;③保溫層9的厚度與材質(zhì)等手段來實(shí)現(xiàn)較理想的縱向與橫向溫度分布，生長(zhǎng)速度由精密傳動(dòng)機(jī)械控制設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。密封的坩禍可隔絕空氣與水汽，在空氣環(huán)境下能進(jìn)行生長(zhǎng)，無需昂貴的高真空設(shè)備以及氟化物揮發(fā)對(duì)設(shè)備所造成的嚴(yán)重污染與侵蝕作用，因此該法可明顯降低的生產(chǎn)成本以及提高晶體的出料率，且設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單、實(shí)用。同時(shí)由于坩禍與生長(zhǎng)原料處于靜止?fàn)顟B(tài)，因此該技術(shù)克服了生長(zhǎng)過程中由于機(jī)械傳動(dòng)所引起的晶體內(nèi)的色帶、生長(zhǎng)條紋等缺陷，有利于獲得優(yōu)質(zhì)單晶體并進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明所用裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2為實(shí)施例一所獲得單晶體的拉曼光譜圖；
[0031]圖3為實(shí)施例一所獲得的單晶體的X射線粉末衍射(XRD)圖(a)，與標(biāo)準(zhǔn)立方相Na5Lu9F32的X射線粉末衍射圖(b);
[0032]圖4為實(shí)施例一Er3+/Nd3+雙摻雜Na5Lu9F32單晶體的透過光譜圖(a)，與對(duì)照例一Er3+/Nd3+雙摻雜LiYF4單晶體的透過光譜圖(b)。
【具體實(shí)施方式】
[0033]以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0034]實(shí)施例一
[0035]一種稀土離子摻雜Na5Lu9F32單晶體的生長(zhǎng)方法，包括下述具體步驟:
[0036](I)、按照以下比例組成:40mol %NaF、59.38mol %LuF3、0.32mol %ErF3、0.3mol %NdF3,稱取總量為150克、純度大于99.99%的各制備原料，混合后置于碾磨器中，碾磨混合5小時(shí)，得到均勻的粉末；
[0037](2)、將上述混合料置于舟形鉑金坩鍋中，再安裝于管式電阻爐的鉑金管道中，然后先用N2氣排除鉑金管道中的空氣，再在溫度770°C，通HF氣下，反應(yīng)處理5小時(shí)，反應(yīng)處理結(jié)束，關(guān)閉HF氣體與管式電阻爐，用N2氣清洗管道中殘留的HF氣體，得到多晶粉料；
[0038](3)、將上述多晶粉料置于碾磨器磨成粉末，然后置于Pt坩禍中并壓實(shí)，密封Pt坩禍；
[0039](4)、將密封的Pt坩禍置于硅鉬棒爐中，用加熱溫場(chǎng)上移法進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，生長(zhǎng)晶體的參數(shù)為:爐體溫度為990°C，接種溫度為860°C，固液界面的溫度梯度為50°C/cm，驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置開始上移加熱溫場(chǎng)進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，熱場(chǎng)上移速度為0.4mm/h;
[0040](5)、晶體生長(zhǎng)結(jié)束后，停止機(jī)械移動(dòng)裝置，以每小時(shí)20°C下降爐溫至室溫，進(jìn)行晶體的原位退火，最后取出樣品，剝掉白金薄片，得到Er3+/Nd3+雙摻雜的Na5Lu9F32單晶體。[0041 ] 對(duì)照例一
[0042]與實(shí)施例一基本相同，所不同的只是步驟(I)中原料按照以下比例組成:51.5moI % LiF、48moI % YF3、0.256moI %ErF3、0.24moI %NdF3。爐體溫度為950 °C，接種溫度為850°C。得到Er3+/Nd3+雙摻雜LiYF4單晶體
[0043]對(duì)照例二
[0044]與實(shí)施例一基本相同，所不同的只是步驟(I)中原料按照以下比例組成:40mol%NaF、59.68mo I % LuF3、0.32mo I % ErF3。得到Er3+單摻雜的Na5Lu9F32單晶體。
[0045]對(duì)獲得的實(shí)施例一、對(duì)照例一、對(duì)照例二單晶體進(jìn)行切割，拋光獲得樣品，并進(jìn)行分析與測(cè)試。實(shí)施例一測(cè)定的單晶體的拉曼光譜為圖2所示，得出該單晶體基質(zhì)最大聲子能量?jī)H為440cm—I可見摻雜于該基質(zhì)材料中的稀土離子其輻射躍起幾率高，具有極高的發(fā)光效率。圖3中實(shí)施例一的X射線粉末衍射圖(a)與標(biāo)準(zhǔn)Na5Lu9F32的XRD圖(b)主要衍射峰都相符，因此實(shí)施例一生長(zhǎng)所獲得的樣品為Na5Lu9F32相物質(zhì)。對(duì)照例一單晶體的XRD圖與標(biāo)準(zhǔn)的LiYF4—致，因此對(duì)照例一獲得的為L(zhǎng)iYF4相物質(zhì)。圖4為實(shí)施例一Er3+/Nd3+雙摻雜Na5Lu9F32單晶體的透過光譜圖(a)與對(duì)照例一Er3+/Nd3+雙摻雜LiYF4單晶體的透過光譜圖4 (b)。實(shí)施例一中，Er3+/Nd3+雙摻雜Na5Lu9F32在2.7μπι中紅外波段幾乎沒有吸收，具有意想不到的低OH 一離子濃度，然而LiYF4單晶體中存在一定量的0Η—離子，在2.7μπι的吸收系數(shù)為0.144cm—1。同時(shí)，在中紅外波段，Na5Lu9F32(達(dá)到7150cm—O比LiYF4(達(dá)到6417cm—O單晶體具有更加寬的透過范圍。取樣其中的一小片，用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP)測(cè)得Er3+與Nd3+在晶體中的摩爾含量，實(shí)施例一中Er3 + /Nd3 +離子摻雜Na5LugF32單晶體的分子式為Na5LU8.9325Er0.045Nd0.0225F32，X: y = 1:0.5，對(duì)照例二單晶體的分子式為 Na5LU8.955Er0.045F32。800nm激光二極管激發(fā)下，測(cè)定實(shí)施例一與對(duì)照例二在2.7μπι波段的發(fā)射強(qiáng)度，實(shí)施例一Er3+/Nd3+雙摻雜Na5Lu9F32單晶體的2.7μπι熒光強(qiáng)度為8.2(任意單位)，而對(duì)照例二Er3+單摻雜Na5Lu9F32單晶體的2.7μπι熒光強(qiáng)度僅為1.2(任意單位)，熒光強(qiáng)度之比為6.8，可見在基本相同的Er3+濃度下，Nd3+的摻入大幅度增強(qiáng)了2.7μπι焚光強(qiáng)度。通過“加熱溫場(chǎng)上移法”生長(zhǎng)獲得的Na5Lu9F32單晶體的缺陷少、物理化學(xué)性能好、機(jī)械強(qiáng)度高，其可切割加工成器件，同時(shí)有較強(qiáng)的光漂白、閃爍、和光化學(xué)降解的抵抗能力，成為極具競(jìng)爭(zhēng)力的集發(fā)光性能與物化性能一體的新型中紅外功能單晶體。
[0046]實(shí)施例二
[0047]與實(shí)施例一基本相同，所不同的只是步驟(I)中原料按照以下比例組成:40mol%NaF、53.3mol %LuF3n3.2mol %ErF3、3.5mol %NdF3，混合后置于礙磨器中，礙磨混合6小時(shí)；步驟(2)中在溫度800°C，通HF氣下，反應(yīng)處理I小時(shí)；步驟(4)中生長(zhǎng)晶體的參數(shù)為:爐體溫度為1020°C，接種溫度為880°C，固液界面的溫度梯度為80°C/cm，熱場(chǎng)上移速度為2mm/h;步驟(5)中以每小時(shí)50 0C下降爐溫至室溫，最后得到Er3+/Nd3+雙摻雜的Na5Lu9F32單晶體。
[0048]對(duì)照例三
[0049]與實(shí)施例二基本相同，所不同的只是步驟(I)中原料按照以下比例組成:40mol%NaF、56.8mo I % LuF3、3.2mo I % ErF3。得到Er3+單摻雜的Na5Lu9F32單晶體。
[0050]對(duì)實(shí)施例二與對(duì)照例三生長(zhǎng)的含Er3+/Nd3+雙摻雜與Er3+單摻雜Na5Lu9F32單晶體進(jìn)行性能測(cè)試，實(shí)施例二與對(duì)照例三獲得的單晶體的XRD圖與圖3基本相同，因此生長(zhǎng)所獲得的樣品為Na5Lu9F32相物質(zhì)。取樣其中的一小片，用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP)測(cè)得Er3+與Nd3+在晶體中的摩爾含量，實(shí)施例二中Er3VNd3+離子摻雜Na5Lu9F32單晶體的分子式為NasLus.235Er0.45Nd0.315F32，x: y = 1: 0.7，對(duì)照例二單晶體的分子式為NasLus.55Er0.45F32。800nm激光二極管激發(fā)下，測(cè)定實(shí)施例二與對(duì)照例三在2.7μπι波段的發(fā)射強(qiáng)度，實(shí)施例二Er3+/Nd3+雙摻雜Na5Lu9F32單晶體的2.7μπι熒光強(qiáng)度為35.6(任意單位)，而對(duì)照例三Er3+單摻雜Na5Lu9F32單晶體的2.7μπι熒光強(qiáng)度僅為4.3(任意單位)，熒光強(qiáng)度之比為8.3，可見在基本相同的Er3+濃度下，Nd3+的摻入大幅度增強(qiáng)了2.7μπι焚光強(qiáng)度。通過“加熱溫場(chǎng)上移法”生長(zhǎng)獲得的Na5Lu9F32單晶體的缺陷少、物理化學(xué)性能好、機(jī)械強(qiáng)度高，可切割加工成器件。
[0051 ] 實(shí)施例三
[0052]與實(shí)施例一基本相同，所不同的只是步驟(I)中原料按照以下比例組成:40mol%NaF、56.2mol %LuF3、1.8mol %ErF3、2.0mol %NdF3，混合后置于礙磨器中，礙磨混合5.5小時(shí);步驟(2)中在溫度780°C，通HF氣下，反應(yīng)處理3小時(shí);步驟(4)中生長(zhǎng)晶體的參數(shù)為:爐體溫度為1010°C，接種溫度為870°C，固液界面的溫度梯度為60 °C/cm，熱場(chǎng)上移速度為1.2mm/h;步驟(5)中以每小時(shí)30 0C下降爐溫至室溫，最后得到Er3+/Nd3+雙摻雜的Na5Lu9F32單晶體。
[0053]對(duì)照例四
[0054]與實(shí)施例二基本相同，所不同的只是步驟(I)中原料按照以下比例組成:40mol%NaF、58.2mol %LuF3、1.8mol %ErF3。得到Er3+單摻雜的Na5Lu9F32單晶體。
[0055]對(duì)實(shí)施例三與對(duì)照例四生長(zhǎng)的含Er3+/Nd3+雙摻雜與Er3+單摻雜Na5Lu9F32單晶體進(jìn)行性能測(cè)試，實(shí)施例三與對(duì)照例四獲得的單晶體的XRD圖與圖3基本相同，因此生長(zhǎng)所獲得的樣品為Na5Lu9F32相物質(zhì)。取樣其中的一小片，用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP)測(cè)得Er3+與Nd3+在晶體中的摩爾含量，實(shí)施例三中Er3VNd3+離子摻雜Na5Lu9F32單晶體的分子式為Na5Lu8.6Q9Er0.243Nd().148F32，x:y=l:0.61，對(duì)照例四單晶體的分子式為Na5Lu8.757Er0.243F32(3800nm激光二極管激發(fā)下，測(cè)定實(shí)施例三與對(duì)照例四在2.7μπι波段的發(fā)射強(qiáng)度，實(shí)施例三Er3+/Nd3+雙摻雜Na5Lu9F32單晶體的2.7μπι熒光強(qiáng)度為73.3(任意單位)，而對(duì)照例四Er3+單摻雜Na5Lu9F32單晶體的2.7μπι熒光強(qiáng)度僅為7.3(任意單位)，熒光強(qiáng)度之比為10.04，可見在基本相同的Er3+濃度下，Nd3+的摻入大幅度增強(qiáng)了 2.7μπι熒光強(qiáng)度。通過“加熱溫場(chǎng)上移法”生長(zhǎng)獲得的Na5Lu9F32單晶體的缺陷少、物理化學(xué)性能好、機(jī)械強(qiáng)度高，可切割加工成器件。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種Er3VNd3+共摻雜Na5LugF32單晶體，其特征在于該Na5LugF32單晶體是一種稀土離子Er37Nd3+共摻雜的單晶體，單晶體的化學(xué)分子式為Na5Lu(9—x—y)ErxNdyF32，其中0.045 <x<0.45，0.0225 <7<0.315，且叉:7 = 1:0.5?0.7。2.如權(quán)利要求1所述的一種Er3+/Nd3+共摻雜Na5Lu9F32單晶體的生長(zhǎng)方法，其特征在于包括以下步驟:(1)、按40mol%NaF、53.3?59.38mol %LuF3、0.32?3.2mol %ErF3、0.3?3.5mol%NdF3的摩爾百分比濃度的組分組成，分別稱取相應(yīng)重量的NaF、LuF3、ErF3和NdF3,混合后置于碾磨器中，碾磨混合5?6小時(shí)，得到均勻的粉末； (2)、將上述混合料置于舟形鉑金坩鍋中，再安裝于管式電阻爐的鉑金管道中，然后先用N2氣排除鉑金管道中的空氣，再在溫度770?800°C，通HF氣下，反應(yīng)處理I?5小時(shí)，除去可能含有的H2O與氟氧化物，在反應(yīng)過程中用NaOH溶液吸收尾氣中的HF氣體，反應(yīng)結(jié)束后，停止通HF氣體，關(guān)閉管式電阻爐，最后用高純N2氣體排除鉑金管道中殘留的HF氣體，得到摻有Er3+和Nd3+的多晶粉料； (3)、將上述多晶粉料置于碾磨器磨成粉末，然后置于Pt坩禍中并壓實(shí)，密封Pt坩禍； (4)、將密封的Pt坩禍置于硅鉬棒爐中，用加熱溫場(chǎng)上移法進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，生長(zhǎng)晶體的參數(shù)為:爐體溫度為990?1020 °C，接種溫度為860?880 °C，固液界面的溫度梯度為50?80°C/cm，驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置上移加熱溫場(chǎng)進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，熱場(chǎng)上移速度為0.4?2mm/h; (5)、晶體生長(zhǎng)結(jié)束后，停止機(jī)械移動(dòng)裝置，以每小時(shí)20?50°C下降爐溫至室溫，進(jìn)行晶體的原位退火，最后得到Er3+/Nd3+共摻雜的Na5Lu9F32單晶體。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生長(zhǎng)方法，其特征在于在步驟(I)中所述的NaF、LuF3、ErF3和NdF3的純度均大于99.99%。
【文檔編號(hào)】C30B11/00GK105839184SQ201610171104
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月15日
【發(fā)明人】何仕楠, 夏海平, 湯慶陽, 盛啟國(guó)
【申請(qǐng)人】寧波大學(xué)