一种以四钼酸钆钡为基质掺杂稀土元素镱钕的激光材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于激光材料制备技术领域，公开了一种以四钼酸钆钡为基质掺杂稀土元素镱钕的激光材料及其制备方法和应用。该激光材料的化学式为BaYb2xNd2yGd2(1‑x‑y)(MoO4)4，其中0≤x≤0.1，0.01≤y≤0.1。本发明专利技术还提供了一种利用过高温固相合成法和单晶提拉法制备得到单晶激光材料的方法。本发明专利技术的激光材料可使用808nm激光激发，880nm激光激发，其具有热稳定性好，吸收效率高等特性，可用于1μm超快激光材料。本发明专利技术以四钼酸钆钡为基质，采用单晶提拉法制备，该制备方法简单易行，可通过设置合适的提拉程序，严格的保温系统，精细的操作流程得到四钼酸钆钡激光材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光材料制备
，特别涉及一种以四钼酸钆钡为基质掺杂稀土元素镱钕的激光材料及其制备方法和应用。
技术介绍
稀土掺杂高度无序结构的激光晶体由于其特有的光谱性能，对于激光和光谱学模型的简单晶体和玻璃来说是一种很好的增益介质。在氧化物激光晶体的研究中，对于具有高度无序性结构的类白钨矿型BR2(MoO4)4的材料的研究具有重要的意义。目前已有大量科研人员对稀土掺杂镱的激光晶体进行了广泛研究，而其中稀土掺杂钼酸盐激光晶体的研究已成为现在研究的热点。但对于掺镱四钼酸盐的研究相对较少。对于使用稀土钕元素对镱进行敏华发光的钼酸盐晶体的研究相对更少。类白钨矿型BR2(MoO4)4类掺杂稀土离子的晶体是研究微片激光和超快激光输出的可选材料，是一种良好便利的泵浦源。稀土掺杂此类晶体时，可使稀土元素的量子损耗减小，仅产生微弱的热效应，适合高功率下的连续激光输出。对于钕镱共掺的激光晶体，其具有更高的吸收和发射带宽，更为适合高功率下激光的连续输出。Yb3+离子是固体激光器件的主要的激活离子，其具有较弱的浓度淬灭效应，对于应用于需要高激活浓度以充分吸收泵浦光的微片激光器件更具优势。Nd3+离子对Yb3+离子具有较强的敏化作用，能够对其吸收和发射带宽进行一定程度的展宽，展宽后的带宽更适合高功率下的连续激光输出。目前对于镱钕掺杂四钼酸铋钾晶体的研究已经有过报导，但对其研究尚不成熟，仅仅研究了上述晶体镱钕之间能级跃迁的效应，而BR2(MoO4)4结构与其相比更具有无序性，实用性更强。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种以四钼酸钆钡为基质掺杂稀土元素镱钕的激光材料。本专利技术另一目的在于提供一种上述以四钼酸钆钡为基质掺杂稀土元素镱钕的激光材料的制备方法。本专利技术再一目的在于提供上述以四钼酸钆钡为基质掺杂稀土元素镱钕的激光材料的应用。本专利技术的目的通过下述方案实现：一种以四钼酸钆钡为基质掺杂稀土元素镱钕的激光材料，其化学式为BaYb2xNd2yGd2(1-x-y)(MoO4)4，其中0≤x≤0.1，0.01≤y≤0.1。本专利技术以四钼酸钆钡为基质掺杂稀土元素镱钕的激光材料具有较高的熔点，其在400～1100nm之间有特征吸收谱，主要吸收峰在976nm，880nm，808nm处，其在808nm激光激发下，波长范围850～1440nm时，具有多个较强的荧光峰，峰值在885nm，913nm，1013nm，1061nm，1337nm处，并且在1013nm处的荧光强度远远高于其它位置。对应能级跃迁为4F3/2→4I9/2，4F5/2→4I9/2，2F5/2→2F7/2，4F3/2→4I11/2，4F3/2→4I13/2。本专利技术还提供了一种上述以四钼酸钆钡为基质掺杂稀土元素镱钕的激光材料的制备方法，具体包括以下步骤：按照化学式BaYb2xNd2yGd2(1-x-y)(MoO4)4的摩尔原子比称量BaCO3、Gd2O3、Yb2O3、MoO3、Nd2O3作为原料，通过高温固相合成法，合成得到掺杂镱钕的四钼酸钆钡多晶的荧光材料，再通过单晶提拉法，得到单晶的以四钼酸钆钡为基质掺杂稀土元素镱钕的激光材料。所述材料为单晶材料。所述高温固相合成法具体包括以下步骤：将所述原料混合研磨均匀，压片，高温处理，冷却至室温后，再次研磨，无需压片，二次高温处理，重复上述操作，经过多次高温处理后，得到掺杂镱钕的四钼酸钆钡多晶材料。所述高温处理的加热程序均为：以100～800℃/h的升温速度升至700～850℃，保温3～24h，然后再以50～100℃/h升温至900～1050℃，保温24～48h恒温烧结，烧结后降温至室温，降温时间为15～30h。所述高温处理的加
热程序均优选为：以100℃/h的升温速度升至800℃，保温8h，然后再以100℃/h升温至1000℃，保温32h恒温烧结，烧结后降温至50℃，降温时间为15h。所述高温固相合成法中优选进行两次或两次以上的高温处理。所述单晶提拉法具体包括以下步骤：对掺杂镱钕的四钼酸钆钡多晶的荧光材料一次加热保温，再二次加热熔融，利用丘克拉斯基单晶提拉法，从上述熔融液中提拉单晶，得到单晶的以四钼酸钆钡为基质掺杂稀土元素镱钕的激光材料。所述一次加热保温指先加热至750～850℃，保温0.5～5h。所述加热速率为350～800℃/h。进一步地，所述一次加热保温优选指先加热至750℃，保温0.5h。所述加热速率优选为350℃/h。所述丘克拉斯基单晶提拉法指通过试晶、缩颈、放肩、等径、收尾等过程进行提拉。本专利技术上述以四钼酸钆钡为基质掺杂稀土元素镱钕的激光材料其制备过程中反应方程式如下：BaCO3+(1-x-y)Gd2O3+x Yb2O3+y Nd2O3+MoO3→BaYb2xNd2yGd2(1-x-y)(MoO4)4+CO2↑本专利技术的以四钼酸钆钡为基质掺杂稀土元素镱钕的激光材料具有良好的热稳定性，其吸收效率高，可应用于激光学和光谱学等领域中。本专利技术的以四钼酸钆钡为基质掺杂稀土元素镱钕的激光材料可使用808nm激光激发，880nm激光激发，其具有热稳定性好，吸收效率高等特性，可用于1μm超快激光材料。本专利技术以四钼酸钆钡为基质，采用单晶提拉法制备，该制备方法简单易行，可通过设置合适的提拉程序，严格的保温系统，精细的操作流程得到四钼酸钆钡激光材料，可用于研究微片激光和超快激光输出的可选材料，是一种良好便利的泵浦源。其在激光学和光谱学中是一种良好的增益介质。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：1、本专利技术的以四钼酸钆钡为基质掺杂稀土元素镱钕的激光材料中，由于
Yb3+能级结构简单从而避免了激发态能级的吸收，以及交叉驰豫现象，上转换效应。2、本专利技术的以四钼酸钆钡为基质掺杂稀土元素镱钕的激光材料的荧光光谱在860～1440nm范围内，两个主要吸收峰在808nm和880nm附近。其基质为四钼酸钆钡，其中(MoO4)2-能够吸收280nm附近的激发光，并且将能量传递给Nd3+离子，Nd3+离子是Yb3+离子有效的敏化剂，其将能量传递给Yb3+离子，增加Yb3+离子的发射和吸收带宽。3、由于基质的高度无序性，使用二极管激光器泵浦时Yb3+离子有较长的荧光寿命，因此其将会获得更高的储能效率。并且对其吸收和发射光谱具有一定程度的展宽。附图说明图1为使用单晶提拉法获得的掺杂比例不同的单晶及切片图。其中，1和a分别为1％Nd3+10％Yb3+BGM的单晶及切片；2和b分别为5％Nd3+10％Yb3+BGM的单晶及切片；3和c分别为10％Nd3+10％Yb3+BGM的单晶及切片。图2为不同掺杂比例单晶的X射线衍射图谱与PDF标准卡片PDF#36-0192对比图。其中，1为1％Nd3+10％Yb3+BGM；2为5％Nd3+10％Yb3+BGM；3为10％Nd3+10％Yb3+BGM。图3为5％Nd3+10％Yb3+BGM的单晶TG/DSC图谱。图4为不同掺杂比例单晶在激光激发下860～1440nm范围内荧光光谱图，其中1013nm处为Yb的特征荧光峰，具有较高的强度，1061nm,1337nm处为Nd的特征荧光峰。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以四钼酸钆钡为基质掺杂稀土元素镱钕的激光材料，其特征在于其化学式为BaYb2xNd2yGd2(1‑x‑y)(MoO4)4，其中0≤x≤0.1，0.01≤y≤0.1。

【技术特征摘要】
1.一种以四钼酸钆钡为基质掺杂稀土元素镱钕的激光材料，其特征在于其化学式为BaYb2xNd2yGd2(1-x-y)(MoO4)4，其中0≤x≤0.1，0.01≤y≤0.1。2.根据权利要求1所述的以四钼酸钆钡为基质掺杂稀土元素镱钕的激光材料，其特征在于其在400～1100nm之间有特征吸收谱，吸收峰在976nm，880nm，808nm处，其在808nm激光激发下，波长范围850～1440nm时，具有多个荧光峰，峰值在885nm，913nm，1013nm，1061nm，1337nm处。3.一种根据权利要求1所述的以四钼酸钆钡为基质掺杂稀土元素镱钕的激光材料的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：按照所述化学式BaYb2xNd2yGd2(1-x-y)(MoO4)4的摩尔原子比称量BaCO3、Gd2O3、Yb2O3、MoO3、Nd2O3作为原料，通过高温固相合成法，合成得到掺杂镱钕的四钼酸钆钡多晶的荧光材料，再通过单晶提拉法，得到单晶的以四钼酸钆钡为基质掺杂稀土元素镱钕的激光材料。4.根据权利要求3所述的以四钼酸钆钡为基质掺杂稀土元素镱钕的激光材料的制备方法，其特征在于：所述高温固相合成法具体包括以下步骤：将所述原料混合研磨均匀，压片，高温处理，冷却至室温后，再次研磨，无需压片，二次高温处理，重复上述操作，经过多次高温处理后，得到掺杂镱钕的四钼酸钆钡多晶材料。5.根据权利要求4所述的以四钼酸钆钡为基质掺杂稀土元素镱钕的激光材料的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘广锦，黄润生，尹浩，李真，陈振强，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44