掺质铝酸镁镧及用其单晶的激光器制造技术

一种混合镧系镁锃酸盐的单晶可以用作波长范围很宽的激光发射器。该铝酸盐的通式如下：（Ｌａ－［１－ｘ］Ｔｒ－［ｘ］）－［１－ｙ－ｖ］Ｍｇ－［１－ｚ－ｔ］Ａｌ－［１１－ｕ＋ｙ＋２ｚ／３］Ｃｒ－［ｕ］ＹｕＯ－［１９－ｔ－３ｖ／２］式中Ｔｒ代表（ａ）至少一种从镧系元素、Ｙ＋［＋３］、Ｓｃ＋［＋３］中选出的单个三价物质，或（ｂ）至少由一种二价元素和一种三价元素形成的一对镧系元素；０≤ｘ＜１；０≤ｙ＋ｖ≤０．４；０＜ｚ＋ｔ＜１；０＜ｕ＜２。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及混合镧系镁铝酸盐的单晶，该种单晶可用于微型激光器中的集成透镜、光导纤维、电讯或医学(如微形手术，皮肤处理)，可用于能发射红外光或可见光的具有一定程度可调谐的大功率激光器以及在可见光范围内可调谐的大功率激光器，更具体地说，这使它能进行对材料的处理(如焊接、打孔、打标志、表面处理)、进行光学反应、可控制热核聚变，或者能使如氦一类气体的原子发生极化。本专利技术的某些激光器可发射波长为1054、1082及1320毫微米的谱线并具有一定程度的可调谐性，另外一些激光器可发射1.5至3微米范围内的谱线，以及还有其它一些激光器在680至800毫微米之间可调。已知的混合镧系镁铝酸盐，具体地说是被称之为LNA的镧钕镁的铝酸盐，其通式为La1-xNdxMgAl11O19，其中0＜x＜1，而最好是La0.9Nd0.1MgAl11O19。这些混合的铝酸盐在以本申请人的名字申请的法国专利申请说明书FR-A-2448134及欧洲专利申请说明书EP-A-0043776号中有详细的叙述。这些混合铝酸盐单晶在发射红外谱线方面具有与掺钕的铝和钇石榴石(简写为YAG∶Nd)以及超磷酸钕(NdP5O14)相类似的激光性质。特别是，LNA具有十分有意义的激光发射波长1054和1082毫微米，覆盖了YAG的激光发射波长1064毫微米。而且它还有另一个在1320毫微米附近的发射波长范围，该波长范围是相应于二氧化硅光纤的最小衰减区间，这就可允许传输最大量的信息而只带来最少的损耗。为获得激光效应，可采用熔体生长晶体的许多方法来制备LNA单晶，如火焰熔融法或切克劳斯基提拉法。但是，这些铝酸盐没有所谓同成分熔点，也就是说该单晶与熔体的组分不同。这样，如果需要制备为工业激光器，尤其是为大功率激光器所需要的大直径单晶(6.5毫米直径，100毫米长的条或棒)，那么，这些铝酸盐单晶的制备，尤其是用最广泛使用的切克劳斯基提拉法来制备将导致单晶的质量不合要求(带气泡、缺陷等)，况且，LNA只有很少数的激光发射波长。另外，已知混合镧钕镁铝酸盐的通式为La1-xNdxMgYAl11O18+Y，式中x和y分别代表符合0＜x＜0.2及0＜y＜1，最好为0.4＜y＜0.7的数。在1985年10月21日申请的、申请号为8515579的法国专利申请就是以这些混合铝酸盐作为主题内容。就大直径单晶的生产而论，这些混合铝酸盐比起LNA来说是一个进步，但是，这些激光器所覆盖的波长范围仍然有限。本专利技术特别涉及可用于大功率工业激光器的新的混合镧系镁铝酸盐单晶，以它制造的激光器可发射从黄光至红外(3微米)范围的波长。根据本专利技术的主要方面，这些混合镧系镁铝酸盐的特征在于有下列通式Ⅰ(La1-xTrx)1-y-vMg1-z-tAl11-u+y+2z/3CruO19-t-3v/2式中Tr代表(a)至少一种从镧系元素，Y和Sc中选择出来的单独的三价元素，或(b)至少一对由一种二价元素和一种三价元素组成的镧系元素时，以添加所缺的铝或氧或所说的单独的或成对的镧系元素来保持电中性;x代表符合于0≤x＜1的一个数;y及v代表符合于0≤y+v≤0.4的两个数;z及t代表符合于0≤x+t＜1的两个数，条件是当z+t＝0时，y+v≠0或者Tr代表一个单独的三价镧系元素;u是在0至2之间的一个数，条件是当Tr代表Y+3或Sc+3时，u≠0和当x＝0时，u≠0以及当u＝0时，x≠0。此外，这些混合铝酸盐是单相的并具有磁铅石型的晶体结构，呈六方晶系的晶格。具体地说，它们具有类似于Al2O3的机械特性。根据本专利技术，这些铝酸盐可用作能发射一种宽波长范围的激光发射体，所说波长范围要取决于Tr的性质以及Cr的存在与否。况且这些铝酸盐中许多都具有一个所谓同成分熔点，并且用切克劳斯基提拉法所制得的晶体是优质的。这样就有可能制备为大功率工业激光器所需要的大单晶。而且，在单晶的生长期间，这些混合铝酸盐不出现组分的偏析，这就使得有可能将其单晶的拉制速率提高到大于LNA的拉制速率。对于单晶的生产时间以及对于拉制单晶所用的盛熔体的坩埚寿命来说，这一点就是十分有利的。在通式Ⅰ中，当x≠0时，Tr是选自钕(Nd)、镨(Pr)、铒(Er)、钬(Ho)、铥(Tm)、二价的Nd-Eu对、二价的Pr-Eu对和镨-钐(Pr-Sm)对、镨-镝(Pr-Dy)对、Pr-Tm对、A-Nd对、A-Pr对、A-Er对、A-Ho对以及A-Tm对，其中A代表选自钇(Y)、钪(Sc)、镥(Lu)、铈(Ce)及钆(Gd)中的一种元素。Tr最好是选自Nd、Pr、Er、Ho、Tm、二价的Nd-Eu对、二价的Pr-Eu对、Ce-Nd对、Ce-Pr对、Pr-Sm对、Pr-Dy对、Pr-Tm对、Ce-Er对和Ce-Ho对。当通式Ⅰ中的x＝0时，u就不能等于零，这样所制得的相应的混合铝酸盐的单晶可用于连续式或脉冲式的激光器，它发射可见光及近红外光谱，并在680至800毫微米之间可调，能发射这些光谱是由于Cr存在的缘故。目前，只有能发射680至800毫微米范围波长的，具有通式为BeAl2O4∶Cr+3的掺有Cr的翠绿宝石对电子振动激光器具有真正的工业重要性。这种激光器是可调的，其中用来产生激光效应所需的能量就是把基态电子激发到振动态所需的能量。当Tr代表Pr或一种D-Pr对时，根据本专利技术所制得的混合铝酸盐单晶可用作为一种能发射可见光并主要为黄光及红光的激光发射体，上述D-Pr对中的D代表在x≠0时选自Y、Sc、Lu、Ce、Sm、Dy、三价的Tm和二价的Eu中的一种元素。这些铝酸盐由于存在Pr而发出激发光，它们在连续的或脉冲的大功率激光器中更为适用。大功率激光器这一术语应理解为一种至少能发射出几瓦功率光束的激光器。当通式Ⅰ中的Tr代表Nd或E-Nd对时，相应的混合铝酸盐单晶可用作为一种激光发射体，特别适合用作为能发射红外、尤其是能发射1054、1082毫微米或象LNA那样发射1320毫微米的大功率激光发射体，上述E-Nd对中的E代表在x≠0时选自Y、Sc、Lu、三价氧化态的Ce和二价氧化态的Eu中的一种元素。这种激光器的发射是由于这些铝酸盐中掺有Nd。当通式Ⅰ中的Tr代表Ho或G-Ho对时，相应的混合铝酸盐单晶可用作为激光发射体并特别适用于发射红外光谱，尤其是能发射波长在1500至3000毫微米之间光谱的大功率激光器，上述G-Ho对中的G代表在x≠0时选自Y、Sc、Lu和Ce中的一种元素。在3000毫微米附近的波长之优点是易被水吸收。而且波长在1.5微米附近时人眼对激光射束不太敏感，这有利于保护眼睛。当Tr代表单独的Er或Tm，或者它们与Ce、Y、Sc或Lu或任何其它稀土元素组合时，就可以发射其它波长的光谱。由于Er的存在，激光器特别适合于发射红外光谱。众所周知，激光效应取决于某些参数，特别是取决于引起激光效应的离子激发态E1的寿命。假如所说的激发态的寿命较长，则可能发生粒子数的反转，即是指激发态离子的数目超过基态离子的数目。对于Nd、Pr、Ho、Tm、Er及Cr来说，可能发生在激发态E1及低能级之间的相互转换，这种情况在A.Kaminskii所著的以“Achievements in the field of Physics and Spectroscopy of Act本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合的镧系镁铝酸盐，其中，该铝酸盐的通式为：（Ｌａ↓〔１－ｘ〕Ｔｒ↓〔ｘ〕）↓〔１－ｙ－ｖ〕Ｍｇ↓〔１－ｚ－ｔ〕Ａｌ↓〔１１－ｕ＋ｙ＋２ｚ／３〕Ｃｒ↓〔ｕ〕Ｏ↓〔１９－ｔ－３ｖ／２〕式中，Ｔｒ代表ａ）至少一种从镧系元素、Ｙ和Ｓｃ中选 出的单独的三价物质或ｂ）至少一对由一种二价镧系元素和一种三价镧系元素所组成的镧系元素对，同时加入不足的铝或氧，或上述任一种由单独物质和元素对的组合物来保持电中性，Ｘ代表符合０≤Ｘ＜１的一个数，ｙ和ｖ代表符合０≤ｙ＋ｖ≤０．４的两个数，ｚ和ｔ代表符合０≤ｚ＋ｔ＜１的两个数，条件是当ｚ＋ｔ＝０，ｙ＋ｖ≠０或Ｔｒ代表一种单独的三价镧单元素，ｕ代表在０至２之间的一个数，条件是当Ｔｒ代表Ｙ↑〔＋３〕或Ｓｃ↑〔＋３〕时，ｕ≠０，当ｘ＝０时，ｕ≠０，当ｙ＝０时，ｘ≠０，其中铝酸盐是单相的并且具有磁铅石的结构。

【技术特征摘要】
FR 1986-6-16 86086601.一种混合的镧系镁铝酸盐，其中，该铝酸盐的通式为(La1-xTrx)1-y-vMg1-z-tAl11-u+y+2z/3CruO19-t-3v/2式中，Tr代表a)至少一种从镧系元素、Y和Sc中选出的单独的三价物质或b)至少一对由一种二价镧系元素和一种三价镧系元素所组成的镧系元素对，同时加入不足的铝或氧，或上述任一种由单独物质和元素对的组合物来保持电中性，X代表符合0≤X＜1的一个数，y和v代表符合0≤y+v≤0.4的两个数，z和t代表符合0≤z+t＜1的两个数，条件是当z+t=0时，y+v≠0或Tr代表一种单独的三价镧单元素，u代表在0至2之间的一个数，条件是当Tr代表Y+3或Sc+3时，u≠0，当x=0时，u≠0，当y=0时，x≠0，其中铝酸盐是单相的并且具有磁铅石的结构。2.按照权利要求1所述的混合铝酸盐，其中x≠0，Tr是从Nd、Pr、Er、Ho、Tm、二价Eu-Nd对，二价Eu-Pr对以及Ce-Nd、Ce-Pr、Pr-Sm、Pr-Dy、Pr-Tm、Ce-Er和Ce-Ho对中挑选。3.按照权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：让雅克奥贝尔，安娜玛丽勒朱斯，布律诺维安纳，达尼埃尔维维安，
申请(专利权)人：法国原子能委员会，
类型：发明
国别省市：FR[法国]