專利名稱：鏑激活的氟化镥鋰新型中紅外激光晶體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光晶體材料領(lǐng)域，特別涉及一類中紅外激光晶體LiLuF4:Dy3+和LiLuF4:Dy3+:Yb3+。
背景技術(shù)：
3.0μm-5.0μm中紅外激光可以通過幾種方法運作，其中通過稀土或過渡族離子激活的激光晶體直接產(chǎn)生中紅外輻射是一種最簡便有效的方法，是目前研究的熱點。
激光晶體直接產(chǎn)生高效中紅外激光輸出的主要問題是由于中紅外激光頻率很低，與許多著名激光晶體的晶格振動頻率即聲子振動頻率相當，這樣導(dǎo)致了快速無輻射弛豫與激光發(fā)射的強烈競爭，因此，導(dǎo)致了激光的高被動損耗。為了克服這個問題，必須選擇具有低聲子振動頻率的材料，而在激光的運轉(zhuǎn)過程中需要采用低溫的條件。
要直接產(chǎn)生中紅外激光，不僅要求激光基質(zhì)的聲子能量要小于500cm-1，聲子能量越小，則無輻射弛豫幾率也越小。同時，激光基質(zhì)的光譜在3.0μm～5.0μm要高透，并且要具有高的抗光損傷閾值和良好的物化性能，而激光晶體則要有大的發(fā)射截面(σem＞10-21～10-20cm2)。
一般基質(zhì)材料的最大聲子振動頻率的大小次序如下氧化物＞氟化物＞硫化物(包括II-VI族半導(dǎo)體主體晶體材料如ZnSe，ZnS，ZnTe)＞氯化物。在氧化物中，硼酸鹽＞磷酸鹽＞硅酸鹽＞氟磷酸鹽(酯)＞釩酸鹽(或酯)＞鍺酸鹽＞鋁酸鹽＞亞碲酸鹽＞五倍子酸鹽，沒食子酸鹽。對于3.0μm～4.0μm的激光，還可以選擇氧化物晶體作為基質(zhì)材料，而對于＞4.0μm的激光，氧化物晶體則不能作為基質(zhì)材料，只有選擇鹵化物和硫化物作為基質(zhì)材料。
目前，在國際上，中紅外激光晶體是科學(xué)界的研究熱點，俄美和歐洲已經(jīng)走在前面，而國內(nèi)才剛起步。稀土或過渡族離子激活的的激光晶體是可以產(chǎn)生3.0μm~5.0μm中紅外激光的，Tb3+、Dy3+、Er3+、Ho3+、Cr2+、Co2+等便是有效的激活離子。近幾年來，俄羅斯激光晶體專家Kaminskii等研究了BaYb2F8:Pr3+、YLF:Ho3+、YLF:Dy3+、BaF2:LaF3:Nd3+激光晶體，實現(xiàn)了3.5μm～5.15μm的μJ量級激光輸出，Ganem和Bowman等研究了PrCl3晶體，在5.242μm和7μm處產(chǎn)生了mJ量級的激光輸出，而Nostand，M.C.研究了CaGa2S4:Dy3+晶體，在4.38μm獲得了激光輸出，Bowman等研究了KPb2Cl5:Dy3+激光晶體，在4.6μm處獲得了激光輸出。我國華北光電技術(shù)研究所報道了Cr，Yb，Ho:YAGG晶體在2.84μm～3.05μm之間實現(xiàn)了連續(xù)可調(diào)諧的激光輸出。法國科學(xué)家R.Moncorge等研究了摻雜Yb:Dy和Tm:Dy的LiYF4和KT3F10晶體，獲得了Dy3+離子2.8～3.08μm的寬帶熒光發(fā)射峰，證明了它們作為3.0μm激光晶體的潛在可能性。
LiLuF4屬于四方晶系，空間群為I41/a，晶胞參數(shù)為a＝5.126，c＝10.53，V＝276.9。它的透過波段為0.3～16μm，最大聲子能量一般為～400cm-1(因為具有較低的聲子能量，LiLuF4:Er3+是一種很好的上轉(zhuǎn)換激光晶體)，不潮解，是一種良好的中紅外激光基質(zhì)材料。而Dy3+離子能級豐富，采用1.34μm光源激發(fā)，可產(chǎn)生3.0～5.0μm的熒光，而Yb3+離子可以敏化Dy3+，，如果采用Yb3+離子敏化，則可采用GaAlAs半導(dǎo)體作為激發(fā)源。因此，LiLuF4:Dy3+和LiLuF4:Dy3+:Yb3+有望成為一類良好的中紅外激光晶體材料。目前，國內(nèi)外未見有LiLuF4:Dy3+和LiLuF4:Dy3+:yb3+作為中紅外激光晶體的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于公開一類能夠?qū)崿F(xiàn)3.0μm～5.0μm波段中紅外激光輸出的中紅外激光晶體材料。
本發(fā)明制備的LiLuF4:Dy3+激光晶體，采用LiLuF4作為激光基質(zhì)材料，Dy3+作為激活離子。
本發(fā)明制備的LiLuF4:Dy3+:Yb3+激光晶體，采用LiLuF4作為激光基質(zhì)材料，Dy3+作為激活離子，Yb3+作為敏化離子。
采用LiF、LuF3、DyF3和YbF3作為原料，在高純氬氣和CF4氣氛中，采用提拉法生長。
切割加工出一定尺寸、優(yōu)質(zhì)的LiLuF4:Dy3+或LiLuF4:Dy3+:Yb3+激光器件，置于激光諧振腔系統(tǒng)，采用合適泵浦源泵浦，實現(xiàn)3.0μm～5.0μm波段中紅外激光可調(diào)諧輸出。
3.0μm-5.0μm中紅外激光，可以應(yīng)用于大氣遙感、地球資源探測、環(huán)境保護、污染控制等，此外，在同位素分離、醫(yī)療、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用，尤其是在軍事制導(dǎo)、目標探測、遠距離探測化學(xué)物質(zhì)和反導(dǎo)對抗上的應(yīng)用，在反化學(xué)戰(zhàn)和環(huán)境保護中起到關(guān)鍵性的作用，成為決定戰(zhàn)爭勝負的關(guān)鍵技術(shù)。


附圖為LiLuF4:Dy3+晶體的中紅外激光實驗示意圖。
具體實施例方式實施例一LiLuF4:Dy3+晶體的生長制備先對原料LiF和LuF3進行處理分別將適量分析純的LiF和LuF3原料放入自制的燒結(jié)爐中，通入高純氬氣和CF4使之緩緩流過，加熱到800℃，然后將溫度降下來，原料存放好備用。
采用提拉法生長優(yōu)質(zhì)LiLuF4晶體。按50mol％LiF和50mol％LuF3的比例準確稱量200g，研磨混合均勻，壓片，把原料裝入Ф55mm×30mm的銥坩堝內(nèi)。晶體提拉法生長所用的儀器是DJL-400的中頻提拉爐，中頻電源型號為KGPF25-0.3-2.5。采用Pt/Pt-Rh的熱電偶和型號為815EPC的歐路表控溫。首先把爐子內(nèi)的氣體抽出，使得爐子內(nèi)的氣壓達到10-3Pa，再通入高純氬氣和CF4，然后升溫到比熔點高500℃的溫度，恒溫1小時，使得原料熔化完全。然后在鉑-銥絲上自然成核結(jié)晶，并開始生長。籽晶桿的提拉速率為1.3～1.5mm/h，降溫速率為2～10℃/h，籽晶桿的轉(zhuǎn)動速率為12-20r.p.m.，生長結(jié)束后，將晶體提離液面，然后以10～30℃/h的速率降至室溫，取出LiLuF4晶體。
實施例二LiLuF4:Dy3+晶體的中紅外激光實驗切割加工出一定尺寸、優(yōu)質(zhì)的LiLuF4:Dy3+激光器件，并進行吸收和發(fā)射光譜的測試研究，確定具體的泵浦源和激光發(fā)射波長，針對這些波長數(shù)據(jù)，進行諧振腔腔鏡的鍍膜，設(shè)計出合適的激光諧振腔，采用～1.34μm波段的合適泵浦源抽運，進行激光實驗，實現(xiàn)3.0μm～5.0μm波段中紅外激光可調(diào)諧輸出。
實驗裝置如附圖所示。圖中1是塊狀LiLuF4色心激光晶體；2是～1.34μm波段的合適泵浦源；3是對λ＝3000nm～5000nm波長全反射和對～1.34μm波段透射的介質(zhì)鏡；4是對λ＝3000nm～5000nm波長部分透射和對～1.34μm波段全反射的介質(zhì)鏡；5是LPE-1A激光能量計。
權(quán)利要求
1.鏑激活的氟化镥鋰新型中紅外激光晶體，其特征在于該晶體化學(xué)式為LiLuF4:Dy3+，Dy3+作為激活離子。
2.鏑激活的氟化镥鋰新型中紅外激光晶體，其特征在于該晶體化學(xué)式為LiLuF4:Dy3+:Yb3+，Dy3+作為激活離子，Yb3+作為敏化離子。
3.一種權(quán)利要求1或2的激光晶體的用途，其特征在于該晶體用于實現(xiàn)3.0μm～5.0μm波段中紅外激光可調(diào)諧輸出。
全文摘要
鏑激活的氟化镥鋰新型中紅外激光晶體材料，涉及一類Dy
文檔編號C30B15/00GK101089236SQ20061009146
公開日2007年12月19日 申請日期2006年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月13日
發(fā)明者涂朝陽, 李堅富, 王燕, 游振宇, 朱昭捷, 吳柏昌 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所