一种Er3+/Nd3+共掺杂Na5Lu9F32单晶体及其生长方法技术

本发明专利技术公开了一种Er3+/Nd3+共掺杂Na5Lu9F32单晶体及其生长方法。在Na5Lu9F32单晶体中掺入Er3+与Nd3+离子，Nd3+作为敏化离子。该单晶体的OH‑离子的含量少，在2.7μm波段没有吸收，它的最大声子能量低(440cm‑1)。在800nm激光二极管激发下，获得具有大幅增强2.7μm发光效应。用加热温场上移法进行晶体生长具有设备简单、实用性强等特性。该技术可克服由于机械传动对晶体造成的色带、生长条纹等缺陷，有利于获得优质单晶体。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种Er3+/Nd3+共掺杂Na5Lu9F32单晶体及其生长方法。在Na5Lu9F32单晶体中掺入Er3+与Nd3+离子，Nd3+作为敏化离子。该单晶体的OH?离子的含量少，在2.7μm波段没有吸收，它的最大声子能量低(440cm?1)。在800nm激光二极管激发下，获得具有大幅增强2.7μm发光效应。用加热温场上移法进行晶体生长具有设备简单、实用性强等特性。该技术可克服由于机械传动对晶体造成的色带、生长条纹等缺陷，有利于获得优质单晶体。【专利说明】_种Er3+/Nd3+共掺杂Na5l_U9F32单晶体及其生长方法
本专利技术涉及Na5Lu9F32单晶体，具体涉及一种具有增强2.7μπι中红外波段发射特性的Er3VNd3+共掺杂Na5Lu9F32单晶体及其生长方法。
技术介绍
近年来，由于在激光医学手术、遥感、激光雷达、化学传感和军事等方面的重要应用，中红外2.7μπι中心波段的固体激光器受到国内外研究机构的高度重视。稀土离子掺杂的无机材料是获得近红外及中红外激光的有效途径之一。大多数镧系族稀土离子具有丰富的能级结构。其中Er3+稀土离子的4111/2—4113/2能级跃起能产生2.7μm的荧光发射，以Er3+为发光中心的2.7μπι中红外激光材料已有一定的研究，主要是Er3+单掺杂Li YF4、CaF2、YAl O3、SrLaGa3O7、BaY2F8的晶体以及Er3+与稀土敏化离子共掺杂的氟化物玻璃基质。Er3+离子中其上能级4111/2的荧光寿命比下能级4113/2短，因此Er3+离子单掺杂晶体在2.7μπι波段的发光效率相对较低，发光强度较弱，这将严重制约该类材料在2.7μπι波段中红外激光器中的应用。在材料中掺入Nd3+稀土敏化离子，通过Er3+到Nd3+离子的有效能量转移(Er3+:4I13/2，Nd3+:4I9/2)4(Er3+:4I15/2，Nd3+:4I15/2)，从而实现对Er3+离子下能级4I13/2的有效去粒子数化作用，获得增强的2.7μπι波段中红外波段发光。氟化物由于其基质声子能量低、稀土离子发光效率高、中红外波段透过率高以及物化性能稳定等特点，是作为2.7μπι中红外发射的优选材料。作为激光材料的氟化物主要由玻璃与单晶体两种形态。尽管在氟化物玻璃中通过Nd3+稀土离子的敏化作用实现了 Er3+离子的2.7μπι中红外增强发光效果，但对于氟化物等非氧化物玻璃材料而言，高质量大块尺寸玻璃制备，特别是玻璃材料机械性能、热学性能、物化性能及机械强度差等方面难以解决的本身缺陷和技术难点制约其发展，也成为特种氟化物等非氧化物玻璃光纤走向实用化的最大障碍。与玻璃态材料相比，单晶体的刚性周期性对称结构有利于获得高的发光效率以及实现激光的输出；与相应的氟化物玻璃基质相比，氟化物单晶体材料具有优异的热学、机械、化学稳定性，更加容易加工，更适合于在激光器件中的应用;选用合适的材料作为稀土离子掺杂基质，采用半导体LD直接栗浦的稀土离子掺杂单晶体不仅是获得2.7μπι中红外光源的有效途径，而且具有全固态、稳定性好、小型化与器件化等优点。迄今为止对于氟化物单晶体的研究主要集中在LiYF4单晶体中，在Er3VNd3+双掺杂Li YF4单晶体中实现了 2.7μηι中红外波段的增强发光(见X.Zhuang，et a 1./Enhancedemiss1n of 2.7μηι from Er3+/Nd3+co-doped LiYF4single crystal77 ,Materials Scienceand Engineering B，178，(2013):326-329)。但是在获得的LiYF4单晶体中，由于LiF与YF3制备原料的易吸湿性，LiYF4单晶体中存在一定含量的0H—根离子，因为0H—根离子对?2.7μπι波段光存在吸收，该吸收波段与Er3+离子的2.7μπι中红外荧光发射波段相重合，因此对2.7μπι中红外激光输出效率产生严重的影响。同时会引起晶体的发热而影响激光运行的稳定性与寿命。为了能高效实现2.7μπι波段的激光输出与稳定的运行，需要降低材料中OH-根离子的浓度与减少激光基质材料在2.7μπι波段的吸收。Na5LugF32是一种性能稳定的氟化物，该氟化物的最大声子能量为440cm—S因此稀土离子在该基质中的发光效率高。Na5Lu9F32通常由粉体与单晶体体两种形态存在。过去的文献曾经报道过稀土离子掺杂Na5LugF32纳米纳米晶材料的制备与光学性能(见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.)，由于纳米粉体材料对光存在严重的散射，限制了粉体材料的应用；同时纳米粉体材料由于较高的表面活性，容易团聚与反应，性能很不稳定;再者，由于大多纳米粉体的制备在晶体的熔融温度以下，因此稀土离子通常容易吸附在纳米粉体的表面，很难进入到晶体的格位中。纳米粉体的这些特性，使得其应用范围大幅度受到影响。单晶体的整体发光效应以及高度透明性，在闪烁等特定领域中的应用优势是多晶粉体材料所无法比拟的，但是单晶体生长历来是一类极其有难度与不易突破的技术。对于Na5Lu9F32,还没有能生产出较大块体尺寸的稀土离子掺杂Na5Lu9F32单晶体。在本专利技术中以Na5Lu9F32为基质，在其中共掺入Er3VNd3+，惊奇地发现，获得的Er3+/Nd3+:Na5Lu9F32单晶体其OH—离子的含量极低，对2.7μπι波段几乎没有吸收。单晶体的生长技术主要由提拉法与坩祸下降法。提拉法是将原料放入铱金坩祸中熔化成熔体，在适当温度下让籽晶接触熔体表面，然后缓慢向上提拉生长晶体。其设备比较昂贵，技术要求高。由于坩祸是开口的，对于生长具有高腐蚀与侵蚀性的氟化物单晶体时，其不锈钢设备受到严重的损害，使用寿命大幅度降低，同时在炉膛内还需要复杂的气体保护装置，因此不适合生长氟化物单晶体。坩祸下降法是在温场保持稳定的情况下，通过机械传动设备缓慢下降坩祸，使得生长的熔体从高温区逐步进入到结晶温度以下的低温区域进行晶体生长，改进的坩祸下降法可完全密封白金坩祸，从而可隔绝空气和水汽，阻止了高温下挥发的氟化物气体对设备的腐蚀。但由于坩祸与生长原料处于机械传动状态，机械传动对晶体生长带来的诸如在晶体内产生大量的色带、生长条纹，严重影响晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Er3+/Nd3+共掺杂Na5Lu9F32单晶体，其特征在于该Na5Lu9F32单晶体是一种稀土离子Er3+/Nd3+共掺杂的单晶体，单晶体的化学分子式为Na5Lu(9‑x‑y)ErxNdyF32，其中0.045≤x≤0.45，0.0225≤y≤0.315，且x∶y＝1∶0.5～0.7。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何仕楠，夏海平，汤庆阳，盛启国，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33