專利名稱：一種釹離子摻雜氟化物激光晶體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于人工晶體和激光材料領(lǐng)域，具體地涉及到一種新的激光晶體材料。
背景技術(shù)：
激光科學(xué)技術(shù)經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，超強(qiáng)、超短脈沖激光是其發(fā)展前沿。超強(qiáng)、超短激光為人類開展科學(xué)研究提供了全新的實(shí)驗(yàn)手段與極端的物理?xiàng)l件，推動(dòng)著物理、化學(xué)、 生物、材料等多個(gè)自然基礎(chǔ)科學(xué)向更深層次發(fā)展，以及信息科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。當(dāng)前，超強(qiáng)超短激光技術(shù)正在向新一代、全LD泵浦方式發(fā)展，所采用的激光介質(zhì)主要是摻Nd玻璃和摻樸晶體。其中Jb3+離子的4f13電子軌道與晶場耦合作用強(qiáng)，即使在單晶體中也能形成寬的吸收和發(fā)射光譜。但是, 3+離子的激光運(yùn)轉(zhuǎn)是典型的三能級(jí)系統(tǒng)，激光下能級(jí)因粒子熱布居而形成高的激光閾值，激光輸出性能具有強(qiáng)的溫度依賴性。必須把激光介質(zhì)冷卻到低溫 (< 100K)，才能實(shí)現(xiàn)％3+離子的四能級(jí)激光運(yùn)轉(zhuǎn)。這就極大地增加了激光器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，特別是不利于小型化、便攜式飛秒激光器的發(fā)展。相對(duì)于離子，Nd3+離子1.06 μ m激光運(yùn)轉(zhuǎn)室溫下的能級(jí)結(jié)構(gòu)為四能級(jí)系統(tǒng)，閾值低、激光穩(wěn)定性和光束質(zhì)量受溫度影響?。欢?，所需要的發(fā)射波長800-810nm的LD泵浦源價(jià)格便宜，且發(fā)射波長在800-810nm范圍內(nèi)可選，不需要通過溫度控制實(shí)現(xiàn)與激光晶體的吸收帶匹配。但是，Nd3+離子4f3電子軌道與晶場的耦合作用較弱，吸收和發(fā)射光譜相對(duì)較窄，必須摻雜于無序結(jié)構(gòu)的玻璃介質(zhì)中，通過非均勻加寬效應(yīng)后，才能適用于超快激光輸出。例如，意大利科學(xué)家Agnesi等采用Nd硅酸鹽玻璃實(shí)現(xiàn)了 LD泵浦的SOfs超快激光輸出。特別是，這一激光系統(tǒng)沒有三能級(jí)系統(tǒng)的％超快激光器中必須采用的對(duì)LD泵浦源和激光介質(zhì)進(jìn)行溫度控制的水冷設(shè)備。但是，玻璃介質(zhì)差的熱學(xué)性質(zhì)將制約其實(shí)用化，特別是無法適用于高重頻工作的超快激光運(yùn)轉(zhuǎn)，使得四能級(jí)系統(tǒng)的Nd離子與三能級(jí)系統(tǒng)的％離子在超快激光領(lǐng)域的競爭中處于劣勢。因此，探索在熱導(dǎo)率高的晶體基質(zhì)中實(shí)現(xiàn)Nd3+離子的寬光譜有望解決其在全LD泵浦超強(qiáng)超短激光領(lǐng)域的應(yīng)用瓶頸。由于特殊的晶體結(jié)構(gòu)，Nd3+離子摻雜的二價(jià)陰離子氟化物晶體(MeF2，Me = Ca, Sr，Ba, Cd，Pb等)往往具有寬帶吸收和發(fā)射光譜，但是由于Nd3+在這類晶體中特別容易形成團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致強(qiáng)烈的熒光猝滅效應(yīng)而無法獲得有實(shí)際意義的激光輸出。本發(fā)明專利就是通過共摻一價(jià)態(tài)的陽離子，在獲得近紅外波段寬帶發(fā)射光譜的同時(shí)，降低具有寬帶發(fā)光譜的摻Nd氟化物晶體的熒光猝滅效應(yīng)，提高其熒光壽命。

發(fā)明內(nèi)容
Nd離子是激光材料中最常用的激活離子之一，可采用LD泵浦，其四能級(jí)結(jié)構(gòu)具有低的激光閾值、高激光效率，等等。但是，Nd離子摻雜的激光晶體因?yàn)榫哂姓€寬的發(fā)射光譜而不能實(shí)現(xiàn)LD泵浦的飛秒激光輸出。本發(fā)明即是在單晶體中實(shí)現(xiàn)Nd離子的寬帶發(fā)射光譜，同時(shí)具有長的熒光壽命(ms量級(jí))。
本發(fā)明提供一種釹離子摻雜氟化物激光晶體，在氟化物激光晶體-MeF2中還摻雜有作為與所述釹離子Nd3+共摻的一價(jià)態(tài)陽離子M+。本發(fā)明采用二價(jià)陰離子氟化物晶體MeF2作為Nd3+的基質(zhì)晶體。這類晶體具有類似于Nd玻璃的寬帶發(fā)射光譜，但是Nd3+特別容易形成團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致強(qiáng)烈的熒光猝滅效應(yīng)而無法獲得有實(shí)際意義的激光輸出。本發(fā)明在NchMeF2晶體中通過共摻一價(jià)態(tài)的陽離子M+， 在保持其寬帶發(fā)射光譜特性的前提下，降低Nd離子的熒光猝滅效應(yīng)，提高熒光壽命。本發(fā)明的氟化物激光晶體采用釹離子Nd3+和一價(jià)陽離子M+共摻，可以在晶格中形成一種新的格位結(jié)構(gòu)[Nd3+-M+]對(duì)。這能夠更加豐富體系的格位結(jié)構(gòu)，促進(jìn)光譜的進(jìn)一步非均勻展寬。眾所周知，當(dāng)三價(jià)的稀土離子Nd3+摻入到MeF2晶體中取代Me2+格位時(shí)，晶格中會(huì)形成間隙F—離子(F])以達(dá)到電荷平衡。當(dāng)F]位于Nd3+的最鄰近間隙位置，形成的格位
對(duì)稱性為C4v ；當(dāng)F]位于Nd3+的次最鄰近間隙位置，形成的格位對(duì)稱性為C3v ；當(dāng)F]位于遠(yuǎn)
離Nd3+的間隙位置，形成的格位對(duì)稱性為Oh ；以及由兩個(gè)或兩個(gè)以上的Nd3+離子處于最近鄰格位形成的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^控制Nd3+的種類和摻雜濃度來調(diào)控不同對(duì)稱性局域配位結(jié)構(gòu)的形成。本發(fā)明采用釹離子Nd3+和一價(jià)陽離子M+共摻，可以在晶格中形成一種新的格位結(jié)構(gòu)[Nd3+-M+]對(duì)。一價(jià)陽離子M+作為共摻緩沖離子，它能夠打破[Nd3+-Nd3+]n團(tuán)簇，并有效阻止[Nd3+-Nd3+]n團(tuán)簇的形成。本發(fā)明的氟化物激光晶體-MeF2,其中Me主要是Ca，Sr，Ba，Cd，1 等。釹離子Nd3+ 的摻雜濃度優(yōu)選為0. 2at% -5. Oat %。作為共摻緩沖離子的一價(jià)態(tài)的陽離子M+，其中M主要是Na、K、Rb、Ag等。一價(jià)態(tài)陽離子M+的摻雜濃度優(yōu)選為0. Iat % -10. Oat %。作為共摻緩沖離子的一價(jià)態(tài)的陽離子M+，它能夠打破[Nd3+_Nd3+]n團(tuán)簇，并有效阻止[Nd3+-Nd3+]n團(tuán)簇的形成。在采用二價(jià)陰離子氟化物晶體MeF2作為Nd3+的基質(zhì)晶體中， 三價(jià)Nd3+離子取代基質(zhì)晶體中二價(jià)Me2+離子，由于系統(tǒng)電荷不平衡會(huì)形成間隙&來平衡電荷，一價(jià)M+的共摻會(huì)有效避免間隙Fl的形成，由于形成間隙Fl所造成的晶格畸變遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于摻雜陽離子取代基質(zhì)陽離子所造成的晶格畸變，所以一價(jià)陽離子M+共摻能夠有效保證晶體晶格完整性和晶體質(zhì)量。此外，一價(jià)陽離子M+共摻還可以在晶格中形成一種新的格位結(jié)構(gòu)[Nd3+-M+]對(duì)，更加豐富體系的格位結(jié)構(gòu)，促進(jìn)光譜的進(jìn)一步非均勻展寬。本發(fā)明還提供一種制備本發(fā)明所述的氟化物激光晶體的制備方法，包括將原料 NdF3, MF和MeF2按照摩爾比0. 002 0. 05 0. 001 0. 1 1進(jìn)行配料，并加入量為MeF2 的0-2wt %的I^bF2,采用熔體法于坩堝內(nèi)生長得到具有釹離子Nd3+和一價(jià)陽離子M+共摻的 Nd，MiMeF2單晶體。其中，優(yōu)選地PbF2的加入量為CaF2的0. 2-1. Owt% 上述釹離子(Nd3+)和一價(jià)陽離子(M+)共摻的氟化物(MeF2)激光晶體，其生長方法可以為提拉法或溫梯法或坩堝下降法。對(duì)于提拉法，坩堝材料為銥，籽晶采用經(jīng)X射線衍射儀精確定向端面法線方向?yàn)閇111]的MeF2單晶棒，晶體生長在高純Ar氣氛或含氟氣氛(CF4 或HF)中進(jìn)行。對(duì)于坩堝下降法或溫度梯度法，坩堝材料采用高純石墨，坩堝底部可以不放籽晶，或放入經(jīng)X射線衍射儀精確定向端面法線方向?yàn)閇111]的MeF2單晶棒，晶體生長在高真空或高純Ar氣氛或含氟氣氛(CF4或HF)中進(jìn)行。CN 102534776 A
Nd3+離子摻雜的二價(jià)陰離子氟化物晶體(MeF2, Me = Ca, Sr, Ba, Cd, Pb等)往往具有寬帶吸收和發(fā)射光譜，但是Nd3+在這類晶體中特別容易形成團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，本發(fā)明通過使一價(jià)態(tài)的陽離子M+與Nd3+離子共摻，在獲得近紅外波段寬帶發(fā)射光譜的同時(shí)，能夠降低具有寬帶發(fā)光譜的摻Nd氟化物晶體的熒光猝滅效應(yīng)，提高其熒光壽命。


圖1為本發(fā)明的一個(gè)示例實(shí)施例中由溫梯法生長的Nd3+，Na+:CaF2晶體的照片；圖 2為由本發(fā)明的一個(gè)示例實(shí)施例中由坩堝下降法生長的Nd3+，Na+ICaF2晶體的照片；圖3為 808nm LD泵浦Nd3+，Na+: CaF2晶體室溫發(fā)射光譜；
圖4為Nd3+，Na+ICaF2晶體室溫下1060nm的熒光衰減曲線。
具體實(shí)施例方式參照說明書附圖，并結(jié)合下述實(shí)施方式進(jìn)一步說明本發(fā)明，應(yīng)理解，說明書附圖及下述實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。作為示例，下面具體地說明本發(fā)明的釹離子(Nd3+)和一價(jià)陽離子(M+)共摻的氟化物(MeF2)激光晶體的制備。應(yīng)理解以下步驟中的某個(gè)也可以省略或使用能夠達(dá)到同等效果的其他替代步驟，且每個(gè)步驟中的每個(gè)特征也不是必須或固定地而不可替換，而只是示例地說明。原料配方
初始原料采用NdF3, MF，MeF2和I^bF2，前三種原料按摩爾比等于χ y 1進(jìn)行配料， 其中χ等于0.002-0. 05，y等于0.0001-0. 1。PbF2的加入量為CaF2的0_2wt%，優(yōu)選范圍為 0. 2-1. Owt %。采用熔體法生長Nd，MiMeF2單晶體
按上述原料配方比例稱取所有原料，充分混合均勻后壓制成塊，然后裝入坩堝內(nèi)，采用熔體法生長上述單晶體。上述單晶體的生長方法可以為提拉法或溫梯法或坩堝下降法。對(duì)于提拉法，坩堝材料為銥，籽晶采用經(jīng)X射線衍射儀精確定向端面法線方向?yàn)?[111]的MeF2單晶棒，晶體生長在高純Ar氣氛或含氟氣氛(CF4或HF)中進(jìn)行。對(duì)于坩堝下降法或溫度梯度法，坩堝材料采用高純石墨，坩堝底部可以不放籽晶， 或放入經(jīng)X射線衍射儀精確定向端面法線方向?yàn)閇111]的MeF2單晶棒，晶體生長在高真空或高純Ar氣氛或含氟氣氛(CF4或HF)中進(jìn)行。發(fā)射光譜的測試
將上述生長的Nd，M:MeF2單晶體切割成片，光學(xué)拋光后在Triax550熒光光譜儀上測試室溫發(fā)射光譜，泵浦源采用波長為808nm激光二極管。熒光壽命的測試
采用Tektronix TDS3052數(shù)字示波器記錄1060nm熒光強(qiáng)度隨時(shí)間的衰減曲線，通過一階指數(shù)衰減方程擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得熒光壽命數(shù)值。下面進(jìn)一步列舉實(shí)施例以詳細(xì)說明本發(fā)明的示例制備工藝。應(yīng)理解，下述實(shí)施例是為了更好地說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
實(shí)施例1，坩堝下降法生長0. 5% Nd，0. 5% NaiCaF2晶體
按比例稱量 NdF3 (5N) 2. 56g, NaF (5N) 0. 53g, CaF2 (5N) 196. 20g 和 PbF2 (5N) 2. 0g。在真空手套箱內(nèi)充分混合，置于石墨坩堝內(nèi)，籽晶采用<111>方向純CaF2晶體，籽晶尺寸為 Φ 5. 8*30mm.采用坩堝下降法生長晶體，氣氛為高純氬氣氛，1430°C熔融原料并開始生長， 坩堝下降速率lmm/h，250h后晶體生長完成，然后按15°C /h降溫至室溫。經(jīng)測試，樣品在 1058nm處發(fā)射帶寬為9nm，熒光壽命為1. 41ms。實(shí)施例2，坩堝下降法生長0. 5% Nd，3% K: SrF2晶體
按比例稱量 NdF3 (5N) 2. 56g, KF (5N) 1. 60g, SrF2 (5N) 195. Ig 和 PbF2 (5N) 2. Og.在真空手套箱內(nèi)充分混合，置于石墨坩堝內(nèi)，籽晶采用<111>方向純SrF2晶體，籽晶尺寸為 Φ6Μ8πιπι。采用坩堝下降法生長晶體，氣氛為高真空，真空度為2.5X10-3Pa，149(TC熔融原料并開始生長，坩堝下降速率1. 5mm/h,260h后晶體生長完成，然后按20°C /h降溫至室溫。 經(jīng)測試，樣品在1057nm處發(fā)射帶寬為8nm，熒光壽命為5. 17ms。實(shí)施例3，溫梯法生長1 % Nd，1 % Rb BaF2晶體
按比例稱量 NdF3 (5N) 4. 59g, RbF (5N) 0. 96g, BaF2 (5N) 174. 45g 和 PbF2 (5N) 1. 8g。在真空手套箱內(nèi)充分混合，置于石墨坩堝內(nèi)。采用溫梯法生長晶體，氣氛為高真空，真空度為 IXlO-3Pa, 1380°C熔融原料并開始生長，降溫速率為2V /h至1200°C后晶體生長完成，然后按25°C /h降溫至室溫。經(jīng)測試，樣品在1056nm處發(fā)射帶寬為14nm，熒光壽命為1. 58ms。實(shí)施例4，提拉法生長Nd，4% AgiBaF2晶體
按比例稱量 NdF3 (5N) 7. 76g, AgF (5N) 6. 47g, BaF2 (5N) 285. 78g 和 PbF2 (5N) 3. 0g。在真空手套箱內(nèi)充分混合，籽晶采用<111>方向純BaF2晶體，籽晶尺寸為Φ6*30πιπι。采用坩堝下降法生長晶體，氣氛為CF4流動(dòng)氣氛，1380°C熔融原料并開始生長，提拉速率為2mm/h，籽晶旋轉(zhuǎn)速率為20rpm，然后按20°C /h降溫至室溫。經(jīng)測試，樣品在1059nm處發(fā)射帶寬為 16nm，熒光壽命為3. 24ms。實(shí)施例5，坩堝下降法生長2% Nd, 2% NaiCaF2晶體
按比例稱量 NdF3 (5N) 9. 08g, NaF (5N) 1. 89g, CaF2 (5N) 169. 03g 和 PbF2 (5N) 1. 8g。在真空手套箱內(nèi)充分混合，置于鉬金坩堝內(nèi)，籽晶采用<111>方向純CaF2晶體，籽晶尺寸為 Φ6*30πιπι。采用坩堝下降法生長晶體，氣氛為高純氬氣氛，1440°C熔融原料并開始生長， 坩堝下降速率lmm/h，250h后晶體生長完成，然后按20°C /h降溫至室溫；經(jīng)測試，樣品在 1058nm處發(fā)射帶寬為17nm，熒光壽命為2. 15ms。
對(duì)比例1，坩堝下降法生長2% NdiCaF2晶體(Nd3+單摻)
按比例稱量NdF3 (5N) 9. 08g, CaF2 (5N) 169. 03g和PbF2 (5N) 1. 8g。在真空手套箱內(nèi)充分混合，置于鉬金坩堝內(nèi)，籽晶采用<111>方向純CaF2晶體，籽晶尺寸為Φ6*30πιπι。采用坩堝下降法生長晶體，氣氛為高純氬氣氛，1440°C熔融原料并開始生長，坩堝下降速率lmm/h， 250h后晶體生長完成，然后按20°C /h降溫至室溫；經(jīng)測試，樣品在lOeinm處發(fā)射帶寬為 19nm，熒光壽命為0. 895ms。實(shí)施例6，溫梯法生長3% Nd，2% NaiCaF2晶體
按比例稱量 NdF3 (5N) 13. 40g, NaF(5N) 1. 86g, CaF2 (5N) 164. 66g 和 PbF2 (5N) 1. 8g。在真空手套箱內(nèi)充分混合，置于石墨坩堝內(nèi)，籽晶采用<111>方向純CaF2晶體，籽晶尺寸為 Φ6*30πιπι。采用溫梯法生長晶體，氣氛為高純氬氣氛，1400°C熔融原料并開始生長，降溫生長速率1. 5°C /h, 120h后晶體生長完成，然后按20°C /h降溫至室溫；經(jīng)測試，樣品在1064nm 處發(fā)射帶寬為17m，熒光壽命為0. 93ms。 對(duì)比例2，溫梯法生長3% NdiCaF2晶體
按比例稱量NdF3 (5N) 13. 40g，CaF2(5N) 164. 66g和Η^2(5Ν) 1. 8g。在真空手套箱內(nèi)充分混合，置于石墨坩堝內(nèi)，籽晶采用<111>方向純CaF2晶體，籽晶尺寸為Φ6*30πιπι。采用坩堝下降法生長晶體，氣氛為高純氬氣氛，1400°C熔融原料并開始生長，降溫生長速率1. 5°C / h，120h后晶體生長完成，然后按20°C /h降溫至室溫；經(jīng)測試，樣品在1064nm處發(fā)射帶寬為 16nm，熒光壽命為0. 653ms。實(shí)施例7，坩堝下降法生長4% Nd, 2% NaiCaF2晶體
按比例稱量 NdF3 (5N) 17. 60g, NaF (5N) 1. 84g, CaF2 (5N) 160. 54g 和 PbF2 (5N) 1. 8g。在真空手套箱內(nèi)充分混合，置于鉬金坩堝內(nèi)，籽晶尺寸為Φ6*30mm。采用坩堝下降法生長晶體， 氣氛為CF4流動(dòng)氣氛，1430°C熔融原料并開始生長，坩堝下降速率lmm/h，250h后晶體生長完成，然后按20°C /h降溫至室溫；經(jīng)測試，樣品在1065nm處發(fā)射帶寬為16nm，熒光壽命為 0. 15ms ο
對(duì)比例3，坩堝下降法生長4% NdiCaF2晶體
按比例稱量 NdF3 (5N) 17. 60g, CaF2 (5N) 160. 54g 禾口 PbF2 (5N) 1. 8g。在真空手套箱內(nèi)充分混合，置于鉬金坩堝內(nèi)，籽晶尺寸為Φ6*30πιπι。采用坩堝下降法生長晶體，氣氛為CF4流動(dòng)氣氛，1430°C熔融原料并開始生長，坩堝下降速率lmm/h，250h后晶體生長完成，然后按 200C /h降溫至室溫；經(jīng)測試，樣品在1063nm處發(fā)射帶寬為15nm，熒光壽命為0. 019ms。實(shí)施例8，溫梯法生長5% Nd，10% NaiSrF2晶體
按比例稱量 NdF3 (5N) 4. 59g，NaF(5N)0. 96g,SrF2(5N) 174. 45g 禾口 PbF2 (5N) 1. 8g。在真空手套箱內(nèi)充分混合，置于石墨坩堝內(nèi)。采用溫梯法生長晶體，爐內(nèi)氣氛為高真空，真空度為 3 X 10 , 1480°C熔融原料并開始生長，降溫速率為2V /h至1200°C后晶體生長完成，然后按25°C /h降溫至室溫。經(jīng)測試，樣品在1063nm處發(fā)射帶寬為20nm，熒光壽命為0. 25ms。參看圖1示出的本發(fā)明實(shí)施例6溫梯法生長的Nd3+，Na+ = CaF2晶體的照片，由圖中可以看出采用溫梯法生長的本發(fā)明的Nd3+，Na+ICaF2晶體透明，無明顯宏觀缺陷，晶體質(zhì)量較高。圖2為本發(fā)明實(shí)施例7坩堝下降法生長的Nd3+，Na+ICaF2晶體的照片。由圖2可以看出本發(fā)明坩堝下降法生長的晶體透明，內(nèi)部無明顯宏觀缺陷。圖3是本發(fā)明實(shí)施例5、6、7生長的三種Nd3+，Na+:CaF2晶體室溫發(fā)射光譜，泵浦源采用波長為808nm激光二極管；從圖中可以看出生長三種Nd37Na+:CaF2晶體具有寬帶近紅外發(fā)射光譜，1060nm附近發(fā)射帶寬分別為16nm(2% Nd, 2 % NaiCaF2), 26nm(3 % Nd, 2% NaiCaF2)和42nm(4 % Nd, 2 % NaiCaF2)；與其他Nd3+摻雜激光晶體發(fā)射帶寬相比 Nd3+:YAG-0. 7nm(Dong J，et al. Opt. Commun. 2001，197 :413-418.)，Nd3+:YLF_2nm(Clarkson W A, et al. Opt. Lett. 1998,23 :1363-1365. ), Nd3+: YAP-Inm(Boucher M, et al. Opt. Commun. 2002,212 :139-148. )，Nd3+: YVO4-Inm(Taira Τ, et al. Opt. Lett. 1991，16 1955-1957. ) , Nd3+: YAB-9nm(Luo Z, et al. Chinese Phys. Lett. 1989, 6 :440-443.), Nd3+: SS0-1 aim (Zheng L H, et al. Opt. Lett. 2009，34 :3481-3483.)，NcT/Na+共摻 CaF2 晶體具有更寬的發(fā)射光譜i。
圖4本發(fā)明實(shí)施例5、6、7生長的三種Nd3+，Na+:CaF2晶體室溫下1060nm熒光衰減曲線。采用一階指數(shù)衰減方程擬合出2% Nd, 2% Na:CaF2,3% Nd, 2% Na:CaF2,4% Nd, 2% NaiCaF2三種晶體的熒光壽命分別為2. 15ms,0. 93ms和0. 15ms,明顯高于同等實(shí)施條件下單摻 2% Nd:CaF2 (0. 895ms) ,3% Nd:CaF2 (0. 653ms)和 4% Nd:CaF2 (0. 019ms)晶體的熒光壽命。產(chǎn)業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明提供一種釹離子(Nd3+)和一價(jià)陽離子(M+)共摻的氟化物 (MeF2)激光晶體，具有類似于Nd玻璃的寬帶發(fā)射光譜，降低Nd離子的熒光猝滅效應(yīng)，提高熒光壽命。可應(yīng)用于LD或固體激光器泵浦的波長可調(diào)諧或超短脈沖全固態(tài)激光器。
權(quán)利要求
1.一種釹離子摻雜氟化物激光晶體，其特征在于，所述氟化物激光晶體-MeF2中還摻雜有作為與所述釹離子Nd3+共摻的一價(jià)態(tài)陽離子M+。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氟化物激光晶體，其特征在于，所述氟化物激光晶體中具有由所述一價(jià)態(tài)陽離子M+與所述釹離子Nd3+形成的格位結(jié)構(gòu)[Nd3+-M+]。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氟化物激光晶體，其特征在于，所述氟化物激光晶體-MeF2中的 Me 包括 Ca，Sr, Ba, Cd，和 / 或 Pb。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的氟化物激光晶體，其特征在于，所述一價(jià)態(tài)陽離子 M+ 包括 Na+、K+、Rb+、和 / 或 Ag+。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的氟化物激光晶體，其特征在于，所述釹離子Nd3+ 的摻雜濃度為0. 2at% -5. Oat %。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的氟化物激光晶體，其特征在于，所述一價(jià)態(tài)陽離子M+的摻雜濃度為0. Iat % -10. Oat % ο
7.一種制備權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的氟化物激光晶體的方法，其特征在于，將原料NdF3, MF和MeF2按照摩爾比0.002 0.05 0. 001 0. 1 1進(jìn)行配料，并加入量為 MeF2的0-2襯％的I^bF2，采用熔體法于坩堝內(nèi)生長Nd，MiMeF2單晶體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，Nd,M = MeF2單晶體的生長方法為提拉法，并選擇所述坩堝的材料為銥，籽晶采用經(jīng)X射線衍射儀定向端面法線方向?yàn)閇111]的 MeF2單晶棒，晶體生長在高純Ar氣氛或含氟氣氛(CF4或HF)中進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，Nd，M:MeF2單晶體的生長方法為溫梯法或坩堝下降法，并選擇所述坩堝的材料為高純石墨，坩堝底部不放籽晶或放入經(jīng)X射線衍射儀定向端面法線方向?yàn)閇111]的MeF2單晶棒，晶體生長在高真空或高純Ar氣氛或含氟氣氛(CF4或HF)中進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種釹離子摻雜氟化物激光晶體，所述氟化物激光晶體-MeF2中還摻雜有與所述釹離子Nd3+共摻的一價(jià)態(tài)陽離子M+。本發(fā)明在Nd:MeF2晶體中通過共摻一價(jià)態(tài)的陽離子M+，在保持其寬帶發(fā)射光譜特性的前提下，降低Nd離子的熒光猝滅效應(yīng)，提高熒光壽命。
文檔編號(hào)C30B15/00GK102534776SQ20121009079
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者唐慧麗, 姜大朋, 徐軍, 李紅軍, 王慶國, 蘇良碧, 鄭麗和, 錢國興 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所