一种镝激活的实现黄光激光输出的晶体材料制造技术

本申请公开了一种掺Dy

A Dysprosium Activated Crystal Material for Yellow Laser Output

This application discloses an adulterated Dy

【技术实现步骤摘要】
一种镝激活的实现黄光激光输出的晶体材料
本申请涉及一种新型的黄光激光晶体材料、其制备方法及应用，属于无机晶体材料领域。
技术介绍
相比较其它波长的激光，黄色波段的激光具有以下优点：在液体和核硬化晶体中有较强的穿透性，色素干扰层和黄斑处叶黄素对黄光的吸收率低，热能在视网膜神经感受器中传导较少，病人较少不适感，安全性和可靠性更高等，因此黄光激光器具有不可替代的作用。由于以上优点使得黄光激光在生物医学、空间目标探测和识别、原子冷却与捕获、激光雷达、激光显示和生物医学仪器等领域都有着非常重要的应用前景。近年来，LD泵浦的全固态黄光激光器发展迅速，高稳定性、高效率、高光束质量的全固态黄光激光器是当前激光领域内的研究热点。目前，实现黄光波段激光主要有以下七种方法：(1)通过铜蒸气激光器获得。铜蒸气激光器是通过对铜蒸气进行放电泵浦，而获得黄光的。但是铜蒸汽激光器的结构复杂，电光转化效率低。(2)通过晶体二次谐波产生(SHG)的黄光激光器获得。采用高质量的单晶，获得高功率的1100～1200nm基频光振荡；然后再经过倍频技术得到黄光激光。然而，这种结构需要进行SHG非线性频率转换，基频光的模式竞争导致黄光激光的稳定性难以令人满意。(3)通过对红外波长的激光进行倍频的黄光激光器获得。理论上只要通过给激光谐振腔端镜镀上指定要求的透过率膜,衰减和抑制除1100～1200nm波段外的其他增益系数较大的激光谱线,使其实现1100～1200nm波段激光的输出,然后再通过使用激光倍频技术对1100～1200nm基频光进行倍频，从而实现黄光激光的输出。但是由于这种方案对两个激光谐振腔端镜的镀膜参数要求苛刻，国内现有技术实现起来比较困难，而国外技术造价甚高，并且此种激光器的电光转化效率低，所以此种方案也不易推广应用。(4)通过对双波长和频(SFG)的黄光激光器获得。通过利用那些具有和频效应的非线性晶体，我们已经实现了通过对波长为1.06μm和1.3μm的激光进行和频得到黄光激光。不过这种和频黄光激光器只能输出单一波长的黄光，不能满足我们要求的激光的输出。(5)通过拉曼倍频技术获得。Raman激光器倍频获得黄光激光，其原理是基于受激拉曼散射效应和非线性频率转化技术得到黄光激光。(6)通过拉曼光纤激光/放大器和外腔倍额获得。采用拉曼光纤激光放大的方式，得到高功率窄线宽基频红外激光输出；并采用相干合束的方式，进一步增强基频光功率，然后通过腔外倍频，获得黄光激光输出。这种结构的黄光激光器相位控制要求精度很高，系统比较复杂。(7)采用LD泵浦源直接泵浦掺Dy3+的激光晶体材料实现～574nm黄光激光输出。根据掺Dy3+激光介质的特殊能级结构，采用半导体激光泵浦的方式，利用4F9/2→6H13/2的能级跃迁产生的辐射波长刚好位于～574nm范围内，利用半导体激光泵浦Dy3+激活晶体实现固体激光输出已经成为一种直接获得高光束质量和高性能～574nm波段黄光激光的理想方法之一。因此，开发用于LD泵浦源直接泵浦实现～574nm激光输出的新型掺Dy3+的激光晶体材料，是获得高光束质量和高性能～574nm波段黄光激光的理想解决方案。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供一种新型的黄光激光晶体材料，即Dy:CaLaGa3O7晶体。通过蓝光半导体激光直接抽运生长获得的Dy3+激活的CaLaGa3O7晶体，实现570～597nm波段的全固态黄光激光输出。所述晶体材料，其特征在于，化学式为：CaDyxLa(1-x)Ga3O7其中，0.01≤x≤0.05。所述晶体材料具有黄长石结构。所述晶体材料为Dy3+激活的CaLaGa3O7晶体材料，具备良好的物化性能，如不吸潮、不溶于酸碱、机械强度大、热导率高、激光损伤阈值高，声子能量低，熔点适中等。优选地，所述晶体材料的吸收光谱中419～450nm波段含有一个峰值波长为453nm的吸收峰。优选地，所述晶体材料在453nm泵浦下的荧光光谱中570～597nm波段含有一个峰值波长为574nm的发射峰。根据本申请的又一方面，提供制备所述任意晶体材料的方法，其特征在于，至少包括以下步骤：将含有钙源、镧源、镓源和镝源的原料通过高温固相法制备得到所述晶体材料的多晶体；或者将含有钙源、镧源、镓源和镝源的原料通过高温固相法制备得到所述晶体材料的多晶体；然后采用熔体提拉法生长得到所述晶体材料的单晶体。优选地，所述钙源是纯度为99.98％的CaCO3；所述镧源是4N级的La2O3；所述镓源是4N级的Ga2O3；所述镝源是4N级的Dy2O3。优选地，所述原料中钙元素、镝元素、镧元素、镓元素的摩尔比例为Ca：Dy：La：Ga＝1：x：(1-x)：3；其中，0.01≤x≤0.05。优选地，所述高温固相法包括以下步骤：a)将原料压成片状，放入刚玉坩埚，置入高温烧结炉中，以不超过200℃/h的升温速率缓慢升温到1000～1100℃，保持不少于6h后，然后升温至1200～1300℃并恒温烧结36～96h，取出样品；b)重复步骤a)，直至样品的X射线粉末衍射与标准卡片完全相符为止。优选地，所述熔体提拉法以c轴方向的CaLaGa3O7晶体作为籽晶，籽晶杆的提拉速率为0.7～1.0mm/h，降温速率为1～10℃/h，籽晶杆的转动速率为5～10r.p.m.；生长结束后，将晶体提离液面，以5～25℃/h的速率降至室温，得到所述晶体材料的单晶体。作为一种具体的实施方式，所述熔体提拉法包括以下步骤：把多晶体装入铱坩埚内，置于晶体提拉炉内；将晶体提拉炉抽真空后充入高纯氮气，然后升温至比熔点高50℃的温度，恒温半小时，使原料完全熔化。以a切方向的CaLaGa3O7晶体作为籽晶，在生长过程中籽晶杆的提拉速率为0.7～1.0mm/h，降温速率为1～10℃/h，籽晶杆的转动速率为5～10r.p.m；生长结束后将晶体提离液面，以5～25℃/h的速率降至室温，得到尺寸为的透明晶体。优选地，所得单晶体至少有一个维度的尺寸超过10mm。进一步优选地，所得单晶体至少有一个维度的尺寸超过20mm。根据本申请的又一方面，提供所述晶体材料和/或根据所述方法制备得到的晶体材料的应用，用于453nm泵浦下实现波长位于570nm～597nm之间黄光激光的输出。根据本申请的又一方面，提供一种激光器，其特征在于，包括所述晶体材料和/或根据所述方法制备得到的晶体材料；所述激光器在453nm泵浦下实现574nm黄光激光输出。本申请的有益效果包括但不限于：(1)本申请所提供的晶体材料，具备良好的物化性能，如不吸潮、不溶于酸碱、机械强度大、热导率高、激光损伤阈值高，声子能量低，熔点适中等。(2)本申请所提供的晶体材料的制备方法，能够生长出尺寸为Φ20mm×40mm的单晶体。(3)本申请所提供的晶体材料用于实现黄光激光输出，可在蓝光半导体泵浦下直接实现574nm黄光激光的输出。附图说明图1是样品S3#的室温吸收光谱。图2是样品S3#在453nm泵浦下的荧光光谱。图3是应用了样品的激光装置。具体实施方式下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。如无特殊说明，本申请所用原料和试剂均来自商业购买，未经处理直接使用，所用仪器设备采用厂家推荐的方案和参数。实施例中，晶体提拉法生长所用的仪器是国产D本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶体材料，其特征在于，化学式为：CaDyxLa(1‑x)Ga3O7，其中，0.01≤x≤0.05。

【技术特征摘要】
1.一种晶体材料，其特征在于，化学式为：CaDyxLa(1-x)Ga3O7，其中，0.01≤x≤0.05。2.根据权利要求1所述的晶体材料，其特征在于，所述晶体材料的吸收光谱中419～450nm波段含有一个峰值波长为453nm的吸收峰。3.根据权利要求1所述的晶体材料，其特征在于，所述晶体材料453nm泵浦下的荧光光谱中在可见光波段含有一个550～610nm之间的发射峰，峰值波长位于570～597nm之间；优选地，所述570～597nm之间的荧光发射峰的峰值波长为574nm。4.制备权利要求1至3任一项所述晶体材料的方法，其特征在于，至少包括以下步骤：将含有钙源、镧源、镓源和镝源的原料通过高温固相法制备得到所述晶体材料的多晶体；或者将含有钙源、镧源、镓源和镝源的原料通过高温固相法制备得到所述晶体材料的多晶体；然后采用熔体提拉法生长得到所述晶体材料的单晶体。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述钙源是纯度为99.98％的CaCO3；所述镧源是4N级的La2O3；所述镓源是4N级的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘云云，王燕，李坚富，朱昭捷，游振宇，涂朝阳，
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：福建,35