專利名稱：摻釹硼酸鈧鍶釓激光晶體及其制備方法
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)的激光晶體材料及其生長方法。
背景技術(shù)：
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(shí)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(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。釹離子由于具有較好的光譜性能，廣泛地被用作激活離子；而硼酸鹽由于具有較好的物理化學(xué)和機(jī)械性能，也成為激光基質(zhì)材料的熱門之選。如NYAB、NGAB、NGCOB、NYCOB等，最近Sr6ScM(BO3)6(M為稀土金屬)成為人們尋找激光基質(zhì)材料的熱門選擇。但有關(guān)摻釹硼酸鈧鍶釓激光晶體的制備、結(jié)構(gòu)、性能等國內(nèi)外尚無報(bào)道，尤其是選擇硼酸鈧鍶釓作為激光基質(zhì)材料也屬首次。

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，能夠直接使用閃光燈和LD泵浦的，具有較高轉(zhuǎn)換效率的、能發(fā)射1060nm波長激光的晶體材料。
本發(fā)明的Nd3+:GdSr6Sc(BO3)6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，取代釓離子的晶格位置，釹的摻雜濃度在0.5at％～15at％之間，熒光壽命(τ)為50～210μs，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1060nm波長的激光，可作為激光晶體。
摻釹硼酸鈧鍶釓激光晶體是一種同成分熔化的化合物，我們經(jīng)過實(shí)驗(yàn)找到了采用提拉法(Czochralski方法)生長Nd:GdSr6Sc(BO3)6晶體的較理想的生長條件，并生長出了高質(zhì)量、較大尺寸的Nd:GdSr6Sc(BO3)6晶體。具體的化學(xué)反應(yīng)式如下
所用的原料純度及廠家如下

提拉法生長摻釹硼酸鈧鍶釓激光晶體，其主要生長條件如下將按化學(xué)計(jì)量比準(zhǔn)確稱量好的Nd2O3、Gd2O3、SrCO3、Sc2O3、H3BO3混合研磨均勻，壓片后，在馬弗爐中于950℃固相反應(yīng)24小時(shí)，再升溫至1050℃反應(yīng)15小時(shí)。將合成好的以上樣品裝入φ60×40mm3的鉑坩鍋中，放入提拉爐中，采用提拉法，在空氣氣氛中進(jìn)行，晶體生長的參數(shù)為生長溫度1316℃左右，提升速度為0.5～2.0毫米/小時(shí)，晶體轉(zhuǎn)速為5～20轉(zhuǎn)/分鐘。
將生長出的Nd:GdSr6Sc(BO3)6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，其屬于三方晶系，空間群為R3，晶胞參數(shù)為a＝12.415(2)，c＝9.274(2)，z＝3，V＝1238.0(4)3，Dc＝4.237g/cm3。折射率1.73。
將實(shí)施例中生長出的Nd:GdSr6Sc(BO3)6晶體，進(jìn)行電子探針、吸收光譜、熒光光譜及熒光壽命等的分析測試，結(jié)果表明所生長的Nd:GdSr6Sc(BO3)6晶體中Nd3+的濃度為1.21×1020cm-3，其主吸收峰在806nm，吸收系數(shù)為9.0cm-1，半峰寬23.0nm，吸收截面1.2×10-19cm2，在806nm處較大的半峰寬非常適合于采用AsGaAl半導(dǎo)體激光來進(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。另外，其在波長1060nm有強(qiáng)的熒光發(fā)射峰，發(fā)射躍遷截面為σem為1.46×10-19cm2，半峰寬30.5nm，熒光壽命(τ)為85μs易于產(chǎn)生波長為1060nm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。
本發(fā)明的Nd:GdSr6Sc(BO3)6晶體可用提拉法非常容易地生長出質(zhì)量優(yōu)良的晶體，生長工藝穩(wěn)定，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，激光輸出波長為1060nm，該晶體可作為一種較好的激光晶體。
具體實(shí)施例方式
提拉法生長Nd:GdSr6Sc(BO3)6激光晶體。
將按化學(xué)計(jì)量比準(zhǔn)確稱量好的Nd2O3、Gd2O3、SrCO3、Sc2O3、H3BO3混合研磨均勻，壓片后，在馬弗爐中于950℃固相反應(yīng)24小時(shí)，再升溫至1050℃反應(yīng)15小時(shí)。將合成好的以上樣品裝入φ60×40mm3的鉑坩鍋中，放入提拉爐中，采用提拉法，在空氣氣氛中，生長溫度為1316℃、晶體轉(zhuǎn)速為15轉(zhuǎn)/分鐘，拉速為1毫米/小時(shí)的情況下，生長出了尺寸為φ20×30mm3的高質(zhì)量的Nd:GdSr6Sc(BO3)6晶體。
權(quán)利要求
1.一種摻釹硼酸鈧鍶釓激光晶體，其特征在于該晶體的分子式為Nd3+:GdSr6Sc(BO3)6，屬于三方晶系，空間群為R3，晶胞參數(shù)為a＝12.415(2)，c＝9.274(2)，z＝3，V＝1238.0(4)3，Dc＝4.237g/cm3，折射率1.73。
2.如權(quán)利要求1所述的摻釹硼酸鈧鍶釓激光晶體，其特征在于在該晶體中，Nd3+離子作為摻雜離子，取代晶體中Gd3+離子的晶格位置，其摻雜濃度在0.5at-15at％之間。
3.一種權(quán)利要求1的摻釹硼酸鈧鍶釓激光晶體的制備方法，其特征在于該晶體采用提拉法生長，生長條件為溫度1316℃左右，5-20轉(zhuǎn)/分鐘的晶體轉(zhuǎn)速，0.5-2毫米/小時(shí)的拉速。
全文摘要
摻釹硼酸鈧鍶釓激光晶體及其制備方法，涉及人工晶體領(lǐng)域，特別是涉及一種激光晶體摻釹硼酸鈧鍶釓及其制備方法。采用提拉法生長，生長溫度1316℃左右，5－20轉(zhuǎn)/分鐘的晶體轉(zhuǎn)速，0.5－2毫米/小時(shí)的拉速。該晶體屬R3空間群，密度為4.237g/cm
文檔編號(hào)C30B15/04GK1566412SQ03145670
公開日2005年1月19日 申請(qǐng)日期2003年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月4日
發(fā)明者胡祖樹, 王國富, 林州斌, 張莉珍 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所