双掺镱钠离子钼酸钙激光晶体及其制备方法技术

双掺镱钠离子钼酸钙激光晶体及其制备方法，涉及人工晶体领域。采用助熔剂提拉法，生长温度１２５０℃，１０～３０转／分钟的晶体转速，０．１～０．５毫米／小时的拉速，生长出了高光学质量、较大尺寸的Ｎａ↑［＋］／Ｙｂ↑［３＋］：ＣａＭｏＯ↓［４］晶体。该晶体属四方晶系，空间群为Ｉ↓［４（１）／ａ］，光谱分析表明，该晶体具有宽的吸收和发射线宽，适合于采用ＬＤ泵浦，可作为可调谐和飞秒脉冲激光晶体，产生１０２０ｎｍ左右波长的激光输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电子功能材料
中的人工晶体和晶体生长领域，尤其 是涉及一种作为固态激光器中的工作物质的激光晶体材料。
技术介绍
激光晶体是固体激光器的工作物质，它是指以晶体为基质，通过分立的发 光中心吸收泵浦光能量并将其转化为激光输出的发光材料。固体激光工作物质 由基质材料和激活离子组成，其各种物理和化学性质主要由基质材料决定，而其光谱特性和荧光寿命等则由激活离子的能级结构决定。自1960年，研制成功 人造红宝石脉冲激光器以来，迄今为止，已发现了数百种激光晶体，但因各种 原因，能真正得到实际应用的激光晶体只有十来种。目前，应用最广泛的激光晶体是掺钕离子的钇铝石榴石(YAG)晶体，其 具有较好的各种物理和化学性能，且易于生长出高光学质量、大尺寸的优质晶 体。但它存在着吸收谱线窄，不适宜于用LD来进行泵浦的缺点，而LD泵浦将 是今后激光泵浦源的发展方向。目前国内外都在积极寻找各种物理、化学性能和机械性能优异，且易于生 长出高光学质量、大尺寸并适合于LD泵浦的优质激光晶体材料。Yb3+为能级 结构最简单的激活离子，仅有一个基态亇7/2和一个激发态汴5/2，两者的能量间 隔约为lOOOOcm-1，在晶场作用下，能级产生斯塔克分裂，形成准三能级的激光 运行机制。Yb3+吸收带在900—1100nm波长范围，能与InGaAs LD泵浦源有效 耦合，且吸收线宽(FWHM)宽，无需严格的温度控制即可获得匹配的LD泵浦源 的泵浦波长。Y^+的量子缺陷低，泵浦波长与激光输出波长非常接近，因此其本 征量子效率高，理论上可达90%，高的量子效率也使材料中的热负荷较低，仅为掺Nd^同种激光材料的三分之一左右。另外，Yl^+还有不存在激发态吸收、 上转换和交叉弛豫、荧光寿命长等特点。YbS+做为掺杂离子的这些特点使LD泵 浦的Yb"激光器在某些应用上明显优于Nc^激光器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于研制一种适合使用LD泵浦的，新的激光晶体 Na+/Yb3+:CaMo04。该晶体属于四方晶系，具有I4(1)/a空间群结构。其中Yb"是 作为激光激活离子，取代C^+的晶格位置，Na+作为价态补偿离子，取代Ca2+ 的晶格位置，保持结构的电中性。我们经过实验找到了以Na2Mo04为助熔剂， 采用助熔剂提拉法生长Na+/Yb3+:CaM004晶体的较理想的生长条件，并生长出 了高质量、较大尺寸的Na7Yb":CaMo04晶体(见实施例)。 具体的化学反应式如下CaC03+Mo03=CaMo04+C02 Na2C03+Mo03=Na2Mo04+C02所用原料为:<table>table see original document page 4</column></row><table>以摩尔比CaMo04: Na2MoO4=0.7:0.7称样、混合、压片、烧结，Yb203则按所需浓度与附加的Na2C03—起加入。在铂金坩锅中，富氧气氛(空气)下提 拉生长出晶体，晶体生长的参数为生长温度1250°C，提拉速度为0.1~0.5毫米/ 小时，晶体转速为10 30转/分钟。 将生长出的Na+/Yb3+:CaM004晶体，在四圆衍射仪上进行了衍射数据的收 集，结构分析表明，其属于四方晶系，空间群为l4d)/a，晶胞参数为a=b=5.2lA， c=11.40A， V=309A3， Dc=4.76g/cm3。将生长出的Na+/Yb3+:CaM004晶体进行偏振吸收光谱、荧光光谱及荧光寿 命等的分析测试，结果表明掺18.7at。/。YbS+离子的NaVYb^CaMo04晶体的主 吸收峰在934nm处，吸收截面1.73 X l(T2()cm2,吸收线宽(FWHM)为59nm ( tt偏 振)，吸收截面1.44X10'2Qcm2，吸收线宽(FWHM)为65nm (o偏振)。另外， 其在波长1020nm附近有强的荧光发射峰，or偏振在1022nm处发射跃迁截面为 U4X10'2Qcm2，发射线宽(FWHM)为68nm， o偏振在1023nm处发射跃迁截面 为1.27X l(T2Gcm2，发射线宽(FWHM)为65nm。荧光寿命为79us 。由于 Na7YbS+:CaMo04具有很宽的吸收和发射线宽，使其适合于LD泵浦以及可作为 可调谐和飞秒脉冲激光晶体。Na+/Yb3+:CaMo04晶体可用助熔剂提拉法生长出质 量优良的晶体，生长速度较快，实验结果表明NaVYb^CaMo04可输出1020nm 左右波长的激光，是一种有实际应用前景及使用价值的激光晶体。 具体实施例方式实施例助熔剂提拉法生长NaVYb^CaMo04激光晶体。按摩尔比Na2C03: CaC03: Mo03: Yb203 =3: 2: 8: 1 ，将准确称量好的 Na2C03、 Yb203、 CaC03、 Mo03混合研磨均匀，压片后，放入O80X80mm3的 刚玉坩锅中，在马弗炉中于60(TC固相反应24小时；取出后，重新研磨压片再 升温至70(TC反应24小时。将合成好的以上样品放入(D56X41mm3的铂金坩锅 中，在空气气氛中提拉晶体，生长温度为125(TC，晶体转速为30转/分钟，拉 速为0.5毫米/小时的情况下，生长出了尺寸为(D12X20mm3的高质量的 Na+/Yb3+:CaMo04晶体。经ICP测试表明晶体中Yb"离子含量为18.7at.%。权利要求1. 一种双掺镱钠离子钼酸钙激光晶体，其特征在于该晶体的分子式为Na+/Yb3+:CaMoO4，属于四方晶系，空间群为I4(1)/a，晶胞参数密度Dc＝4.76g/cm3。2. —种权利要求1的双掺镱钠离子钼酸钙激光晶体，其特征在于该晶体中Yb"离子作为激光激活离子，其掺杂浓度在0.5 31,2031.%之间，Na+离子作 为价态补偿离子，其掺杂浓度在0.5站.-20&1.%之间。3. —种权利要求1的双掺镱钠离子钼酸钙激光晶体的制备方法，其特征在于 该晶体采用助熔剂提拉法生长，以Na2Mo04为助溶齐!j，摩尔比为CaMo04: Na2MoO4=0.7:卜h 0.7， Yb203和Na2C03则按所需浓度加入，生长温度 1250°C，提拉速度0.1 0.5毫米/小时，晶体转速10~30转/分钟。4. 一种权利要求1的双掺镱钠离子钼酸钙激光晶体的用途，其特征在于该 晶体用于固体激光器中作为激光工作物质，产生1020nm波长的激光输出。全文摘要，涉及人工晶体领域。采用助熔剂提拉法，生长温度1250℃，10～30转/分钟的晶体转速，0.1～0.5毫米/小时的拉速，生长出了高光学质量、较大尺寸的Na⁺/Yb³⁺:CaMoO₄晶体。该晶体属四方晶系，空间群为I_4(1)/a，光谱分析表明，该晶体具有宽的吸收和发射线宽，适合于采用LD泵浦，可作为可调谐和飞秒脉冲激光晶体，产生1020nm左右波长的激光输出。文档编号C30B15/00GK101377016SQ20071000943公开日200本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双掺镱钠离子钼酸钙激光晶体，其特征在于：该晶体的分子式为Ｎａ↑［＋］／Ｙｂ↑［３＋］∶ＣａＭｏＯ↓［４］，属于四方晶系，空间群为Ｉ↓［４（１）／ａ］，晶胞参数：ａ＝ｂ＝５．２１＊，ｃ＝１１．４０＊，Ｖ＝３０９＊↑［３］，密度Ｄ↓［ｃ］＝４．７６ｇ／ｃｍ↑［３］。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王国富，庄任重，林州斌，张莉珍，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：35[中国|福建]