自激活激光晶体钒酸铒钙及其制备方法技术

自激活激光晶体钒酸铒钙及其制备方法涉及人工晶体领域。采用提拉法生长Ｃａ↓［９］Ｅｒ（ＶＯ↓［４］）↓［７］晶体。该晶体属Ｒ３ｃＨ空间群，晶胞参数：ａ＝１０．８５５，ｃ＝３７．９６７＊，Ｚ＝６，Ｖ＝３８７４．６２＊↑［３］，密度为３．４３ｇ／ｃｍ↑［３］。光谱测试表明，该晶体在１５１５ｎｍ处有一强的吸收峰，吸收系数为１６．４２ｃｍ↑［－１］，半峰宽６４ｎｍ，吸收截面１．０６×１０↑［－２０］ｃｍ↑［２］，适合于采用激光二极管（ＬＤ）来泵浦；另外，其在波长１５８５ｎｍ有强的荧光发射峰，半峰宽７４ｎｍ，荧光寿命３．７９ｍｓ，易于产生波长为１５８５ｎｍ的激光输出。适合于作为微片激光晶体用于微型激光器中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电子功能材料
，特别是涉及作为固态激光器中的激 光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核心，其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，它 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、掺杂浓度低，不适宜于用LD来进行泵浦等缺点， 而LD泵浦将是今后激光泵浦源的发展方向。作为一种重要的激光激活离子，Er^+离子具有能级丰富，发射波长从可见到 近红外共有九个跃迁通道，其中1.5toi和3.0tai两个波段的激光发射分别对应 4113/2 —4115/2和4111/2—4115/2能级之间的跃迁。1.5toi激光对人眼安全，人体细胞 组织对3.0toi激光强烈吸收，因此以Er^离子为激活离子的激光晶体在通讯和医 疗等领域应用前景广阔。因此，近年来铒离子成为激光晶体激活离子的热门之 选。自激活激光晶体，指的是晶体本身的组成成分中就含有激活离子的晶体，激活离子不是作为惨杂离子惨杂进去的。由于它含有较高浓度的激活离子，因此，一直是科学家追求的目标。世界上第一个自激活激光晶体是1972年发现的(H. G. Danielmeyer， H. P. Weber， J. Quant. Electro. QE-8 (1972) 805.)，随后又 发现了多个自激活激光晶体，但由于他们都存在着各种不同的缺陷，无法投入 实际使用。目前，最著名的自激活激光晶体是硼酸钕铝晶体， 其激光实验已获得成功，但由于其为非同成分熔化，要得到高光学质量的晶体 极为困难，限制了它的推广使用。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、适合于LD泵浦的优质自激活激光晶体材料。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于研制一种新的、能够直接使用闪光灯和LD泵浦的、具 有较高转换效率的自激活激光晶体材料。本专利技术的Ca9Er(V04)7晶体属于三方晶系，具有R3cH空间群结构。在该晶 体中，E一+离子既是激活离子，又是晶体本身化学计量比的一个成分，激活离子 的浓度很高，可达1.548X 1021cm—3，荧光寿命(t )为3.79ms，表明浓度猝灭 效应较弱，有很高的增益，有利于提高激光晶体的转换效率。因此，该晶体特 别适合作为激光晶体用于全固态微片激光器和微型激光器中。，本专利技术的Ca9Er(V04)7晶体是一种 同成分熔化的化合物，我们经过实验找到了采用提拉法(Czochralski方法)生 长Ca9Er(V04)7晶体的较理想的生长条件，并生长出了高质量、较大尺寸的 Ca9Er(V04)7晶体。具体的化学反应式如下18 CaC03+Er203+ 7 V205= 2 Ca9Er(V04)7+ 18CO:所用的原料纯度及厂家如下:药 <table>table see original document page 5</column></row><table>晶体生长原料按化学反应式的比例进行称样、混合、压片，在105(TC固相 合成24小时，重复2-3次，直到得到多晶原料。提拉法生长自激活激光晶体钒 酸铒钙，其主要生长条件如下生长是在铂金坩锅或铱金坩锅中、空气或惰性 气体N2气氛下进行，晶体生长的参数为生长温度1310°C，提拉速度为0.5 2.0 毫米/小时，晶体转速为5 30转/分钟。将生长出的晶体用XRD—粉末衍射仪进行表征，其粉末衍射谱图与标准谱 图相一致，表明所生长的晶体为Ca9Er(V04)7晶体，其属R3cH空间群，晶胞参 数a=10.855， c=37.967A, Z=6, V=3874.62A3,密度3.43g/cm3。将生长出的Ca9Er(V04)7晶体，进行吸收光谱、荧光光谱及荧光寿命等的分 析测试，结果表明Ca9Er(V04)7晶体的主吸收峰在1515nm，其半峰宽为64nm， 吸收跃迁截面1.06xl0_2()cm2，吸收系数为16.42cm";其在1585nm处有最强的 荧光发射峰，半峰宽74nm，荧光寿命3.79ms，荧光寿命长的晶体能在上能级积 累更多的粒子，增加了储能，有利于激光器件输出功率和输出能量的提高。因 此，Ca9Er(V04)7晶体能得到较大的1585nm的激光输出，是一种高转换效率、 低成本、高光学质量和有实际应用前景及使用价值的激光晶体，适合于作为微 片激光晶体用于微型激光器中。，其专利技术的Ca9Er(V04)7晶体可用提拉法非常容易地生长出质量优良的晶体，生长速度快，生长工艺稳定；晶体硬 度适中，便于加工；有优良的光学及物化性能，很容易用闪光灯泵浦或LD泵浦 获得激光输出，激光输出波长为1585nm，该晶体可作为一种较好的激光晶体， 并得到实际应用。具体实施例方式，实现本专利技术的实验优选方式如下 实施例实施例提拉法生长Ca9Er(V04)7激光晶体。将按配比准确称量好的CaC03、 V205、 Er203混合研磨均匀，压片后，放入 4)80X100mm3的刚玉坩锅中，在马弗炉中于90(TC固相反应2小时，再升温至1050'C反应24小时。待冷却至室温后，将初次合成的原料再次研磨均匀、压片并再 次置于马弗炉中于105(TC烧结24小时。将合成好的以上多晶原料放入提拉炉中， 采用提拉法，在N2气氛中，生长温度为1310。C、晶体转速为10转/分钟，拉速 为1. 0毫米/小时的情况下，生长出了尺寸为021 X 31mm3的高质量的Ca9Er(V04)7 晶体。权利要求1. 一种，其特征在于该晶体的分子式为Ca9Er(VO4)7，属于三方晶系，空间群为R3cH，晶胞参数a＝10.855，密度为3.43g/cm3。2. —种权利要求l的，其特征在于该晶体采用提拉法生长，生长温度131(TC，晶体转速5-30转/分钟，晶体拉速 0.5-2毫米/小时。3. —种权利要求l的自激活激光晶体钒酸铒钙的用途，其特征在于该晶体用于固体激光器中作为激光工作物质。全文摘要涉及人工晶体领域。采用提拉法生长Ca₉Er(VO₄)₇晶体。该晶体属R3cH空间群，晶胞参数a＝10.855，c＝37.967，Z＝6，V＝3874.62³，密度为3.43g/cm³。光谱测试表明，该晶体在1515nm处有一强的吸收峰，吸收系数为16.42cm^-1，半峰宽64nm，吸收截面1.06×10^-20cm²，适合于采用激光二极管(LD本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自激活激光晶体钒酸铒钙及其制备方法，其特征在于：该晶体的分子式为Ｃａ↓［９］Ｅｒ（ＶＯ↓［４］）↓［７］，属于三方晶系，空间群为Ｒ３ｃＨ，晶胞参数：ａ＝１０．８５５，ｃ＝３７．９６７＊，Ｚ＝６，Ｖ＝３８７４．６２＊↑［３］，密度为３．４３ｇ／ｃｍ↑［３］。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林州斌，王国富，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]