專利名稱：銩鈥共摻鋁酸釔鈣激光晶體的生長方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激光晶體，特別是一種銩鈥共摻鋁酸釔鈣激光晶體(以下簡稱為Tm/ HoiCaYAlO4)的生長方法。
背景技術：
激光二極管泵浦固態(tài)激光器具有結構緊湊，光束質量好，能量高等優(yōu)點，其被廣泛 應用于工業(yè)，國防等領域。由于Ho3+的5I7 — 5I8能級躍遷，摻Ho3+固態(tài)激光器在2 μ m波段 激光具有獨特優(yōu)勢。但是目前摻Ho3+激光晶體還沒有合適的激光二極管泵浦源，常常采用 Tm3+離子激光器諧振泵浦實現(xiàn)激光輸出。作為一種更簡便的方法就是直接將Tm3+，Ho3+共摻于某一晶體基質，使其粒子之 間的能量傳遞在同一基質內部完成，從而簡化激光器結構，實現(xiàn)高效運轉的目的。2010年， A. A. Lagatsky等首次報道了 Tm，Ho共摻激光晶體的飛秒級輸出，在2055nm處輸出激光平 均功率達到130mW(參見Optics Letters，35 (2010)，172)。CaYAlO4具有鈣鈦礦型結構，稀 土元素Tm，Ho在晶格中處于C4v對稱位置。CaYAlO4晶體物理性能優(yōu)異，是一種理想的無序 激光基質，雙摻雜Tm/Ho CaYAlO4晶體目前還未見報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種銩鈥共摻鋁酸釔鈣激光晶體的生長方法，直接在 CaYAlO4晶體基質中同時摻雜Tm3+，Ho3+稀土離子，采用提拉法生長制備優(yōu)質Tm/Ho CaYAlO4 激光晶體。本發(fā)明的技術解決方案如下一種銩鈥共摻鋁酸釔鈣激光晶體的生長方法，其特點在于包括下列步驟①采用中頻感應加熱提拉法生長Tm/Ho CaYAlO4晶體，發(fā)熱體為銥坩堝，該晶體的 原料按照下列反應式的摩爾比稱取2CaC03+(l-x_yK203+xHo203+yTm203+Al203 = 2CaY(1_x_y)HoxTmyA104+2C02其中χ和y的取值范圍為0 < χ彡0. 008，0 < y彡0. 12 ；②將所述的原料研混均勻后，在液壓機下壓緊成塊，并在馬弗爐中1200°C燒結10 小時，發(fā)生固相反應，燒結好的塊料裝入銥坩堝并裝入提拉生長單晶爐；③所述的單晶爐抽高真空，然后充入氮氣氣氛，生長溫度1810°C，晶體提拉速度 l-2mm/h，旋轉速度 10-20rpm ；④將籽晶深入熔體，經晶體縮頸，放肩，等徑生長，收尾階段，將晶體從熔體中拉 脫，然后緩慢降低提拉單晶爐內溫度至室溫；⑤打開保溫罩，從提拉生長單晶爐內取出籽晶架，取出晶體，得到銩鈥共摻鋁酸釔 鈣激光晶體。所述的晶體原料在所述的提拉生長單晶爐內升至1810°C后，繼續(xù)升高爐內溫度至 1820 1900°C，并保持0. 5 1小時，讓熔液體充分融化混合。
所述的籽晶成分為CaYAlO4,或Tm/HO:CaYA104，籽晶端面方向為[100]，[101]，或
O本發(fā)明所用的提拉法生長Tm/HO:CaYA104激光晶體的裝置為普通的中頻感應加熱 單晶爐。整個系統(tǒng)包括銥坩堝，真空設備，中頻感應發(fā)生器電源和溫控等部分。實驗表明本發(fā)明的方法是可行的，生長的晶體完整無開裂，無宏觀缺陷，可用作于 激光介質。當使用[100]方向籽晶時，在晶體表面具有很好的(001)晶面體現(xiàn)，進一步說明 此種方法制備Tm/HO:CaYA104激光晶體的可行性。


圖1是本發(fā)明一個實施例的CaYa 935H0cicici5Tmatl6AlO4晶體的偏振吸收光譜
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。實施例1 該實施例的原料配比中取x = 0. 005, y = 0. 06。將 CaCO3, ^03，Ho2O3，Tm2O3，Al2O3 高純原料(含量均大于99. 999% )，按2 0. 935 0. 005 0. 06 1化學計量比例稱 取。機械混合均勻后，用有機玻璃模具在壓料機上壓制成塊狀料。將壓好的料在馬弗爐中 1200°C燒結10小時。而后將冷卻的料裝進銥坩堝，再裝入提拉單晶爐。爐內抽真空后，再 充入氮氣。升溫至1850°C，讓料充分融化混合后，1小時后，降溫至1810°C，放下[100]方向 CaYAlO4籽晶，開始生長晶體，晶體拉速1. 2mm/h,旋轉速度lOrpm。生長晶體后，緩慢降至室 溫，取出晶體。晶體完整無開裂，從尾部形貌可以看出晶體生長時為平凸界面。將上述CaYtl. 935Ho0. 005Tm0.06A104 單晶定向，切出 11 X 10 X Imm3 薄片。薄片光 學拋光后，采用Lambda 900分光光度計測試其室溫下偏振吸收譜。圖1為本實施例 CaYa 935Hoacici5Tmaci6AlO4單晶薄片在300 2200nm波段的偏振吸收譜，可用于激光介質。實施例2 本實施例的原料配比中取x = 0. 005, y = 0. 10。將 CaCO3, Y2O3, Ho2O3, Tm2O3, Al2O3 高純原料(含量均大于99. 999% )，按2 0. 895 0. 005 0. 10 1化學計量比例稱 取。機械混合均勻后，用有機玻璃模具在壓料機上壓制成塊狀料。將壓好的料在馬弗爐中 1200°C燒結10小時。而后將冷卻的料裝進銥坩堝，再裝入提拉爐。爐內抽真空后，再充入氮 氣。升溫至1840°C，讓料充分融化混合后，1小時后，降溫至1810°C，放下[101]方向CaYAlO4 籽晶，開始生長晶體。晶體拉速1.0mm/h，旋轉速度15rpm。生長晶體后，緩慢降至室溫，取 出晶體，晶體完整無開裂。本實施例中，用[101]方向籽晶生長出來的晶體，表面沒有體現(xiàn) 出解理面。實施例3 本實施例的原料配比中取x = 0. 004, y = 0. 08。將 CaCO3, Y2O3, Ho2O3, Tm2O3, Al2O3 高純原料(含量均大于99. 999% )，按2 0.916 0.004 0. 08 1化學計量比例稱 取。機械混合均勻后，用有機玻璃模具在壓料機上壓制成塊狀料。將壓好的料在馬弗爐中 1200°C燒結10小時。而后將冷卻的料裝進銥坩堝，再裝入提拉爐。爐內抽真空后，再充入氮氣。升溫至1820°C，讓料充分融化混合后，0. 5小時后，降溫至1810°C。籽晶采用[100] 方向Tm/Ho = CaYAlO4籽晶，開始生長晶體。晶體拉速1. 3mm/h,旋轉速度20rpm。生長晶體 后，緩慢降至室溫，取出晶體。晶體完整無開裂，從尾部可以看出尾部表現(xiàn)出晶體生長時為 平凸界面，且很好的體現(xiàn)出(001)晶面。本實施例中化料之后保溫時間稍短，但在下種階段 同上述實施例相比，沒有觀察到明顯區(qū)別。實施例4 本實施例的原料配比中取x = 0. 004, y = 0. 12。將 CaCO3 J2O3, Ho2O3, Tm2O3, Al2O3 高純原料(含量均大于99. 999% )，按2 0.876 0. 004 0. 12 1化學計量比例稱 取。機械混合均勻后，用有機玻璃模具在壓料機上壓制成塊狀料。將壓好的料在馬弗爐中 1200°C燒結10小時。而后將冷卻的料裝進銥坩堝，再裝入提拉爐。爐內抽真空后，再充入氮 氣。升溫至1840°C，讓料充分融化混合后，1小時后，降溫至1810°C。放下W01]方向Tm/ HcKCaYAlO4籽晶，開始生長晶體。晶體拉速1. 5mm/h，旋轉速度20rpm。生長晶體后，緩慢降 至室溫，取出晶體，晶體質量良好。實施例5 本實施例的原料配比中取x = 0. 006, y = 0. 10。將 CaCO3, Y2O3, Ho2O3, Tm2O3, Al2O3 高純原料(含量均大于99. 999% )，按2 0.894 0. 006 0. 10 1化學計量比例稱 取。機械混合均勻后，用有機玻璃模具在壓料機上壓制成塊狀料。將壓好的料在馬弗爐中 1200°C燒結10小時。而后將冷卻的料裝進銥坩堝，再裝入提拉爐。爐內抽真空后，再充入 氮氣。升溫至1840°C，讓料充分融化混合后，1小時后，降溫至1810°C，放下[101]CaYA104 籽晶，開始生長晶體。晶體拉速1.5mm/h，旋轉速度20rpm。生長晶體后，緩慢降至室溫，取 出晶體。實施例6:本實施例的原料配比中取x = 0. 008, y = 0. 08。將 CaCO3, Y2O3, Ho2O3, Tm2O3, Al2O3 高純原料(含量均大于99. 999% )，按2 0.912 0. 008 0. 08 1化學計量比例稱 取。機械混合均勻后，用有機玻璃模具在壓料機上壓制成塊狀料。將壓好的料在馬弗爐中 1200°C燒結10小時。而后將冷卻的料裝進銥坩堝，再裝入提拉爐。爐內抽真空后，再充入 氮氣。升溫至1840°C，讓料充分融化混合后，1小時后，降溫至1810°C，放下W01]CaYA104 籽晶，開始生長晶體。晶體拉速1.5mm/h，旋轉速度15rpm。生長晶體后，緩慢降至室溫，取 出晶體，晶體無開裂，無宏觀缺陷。
權利要求
1.一種銩鈥共摻鋁酸釔鈣激光晶體的生長方法，其特征在于包括下列步驟①采用中頻感應加熱提拉法生長Tm/Ho CaYAlO4晶體，發(fā)熱體為銥坩堝，該晶體的原料 按照下列反應式的摩爾比稱取2CaC03+(l-x-y) 403+xHo203+yTm203+Al203 = 2CaY(1_x_y)HoxTmyA104+2C02其中χ和y的取值范圍為0 < χ彡0. 008，0 < y彡0. 12 ；②將所述的原料研混均勻后，在液壓機下壓緊成塊，并在馬弗爐中1200°C燒結10小 時，發(fā)生固相反應，燒結好的塊料裝入銥坩堝并裝入提拉單晶爐；③所述的單晶爐抽高真空，然后充入氮氣氣氛，生長溫度1810°C，晶體提拉速度 l-2mm/h，旋轉速度 10-20rpm ；④將籽晶深入熔體，經晶體縮頸，放肩，等徑生長，收尾階段，將晶體從熔體中拉脫，然 后緩慢降低提拉爐內溫度至室溫；。⑤停爐，打開保溫罩，從提拉生長單晶爐內取出籽晶架，取出晶體，得到銩鈥共摻鋁酸 釔鈣激光晶體。
2.根據權利要求1所述的銩鈥共摻鋁酸釔鈣激光晶體的生長方法，其特征是在提拉爐 內升至1810°C后，繼續(xù)升高爐內溫度至1820 1900°C，并保持0. 5 1小時，讓熔液體充 分融化混合。
3.根據權利要求1所述的銩鈥共摻鋁酸釔鈣激光晶體的生長方法，其特征是所述的籽 晶成分為 CaYAlO4，或 Tm/Ho = CaYAlO4，籽晶端面方向為[100], [101]，或
。
全文摘要
一種銩鈥共摻鋁酸釔鈣激光晶體的生長方法，直接在CaYAlO4晶體基質中同時摻雜Tm3+，Ho3+稀土離子，采用提拉法生長出優(yōu)質Tm/Ho:CaYAlO4激光晶體，實驗表明本發(fā)明的方法是可行的，生長的晶體完整無開裂，無宏觀缺陷，可用作激光介質。
文檔編號C30B29/22GK102051684SQ20111000885
公開日2011年5月11日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權日2011年1月14日
發(fā)明者吳鋒, 周大華, 徐曉東, 李東振, 狄聚青 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所