钬铥双掺镓酸钆激光晶体制造技术

钬铥双掺镓酸钆激光晶体属于光电子材料领域。现有技术中掺有稀土激活离子的的复合钨酸盐、稀土钒酸盐、铝酸盐或者氟化物受其组成、结构等方面因素所限，或此或彼地存在晶体生长周期长、生长温度高、生长困难、成晶率、晶体尺寸小等问题。本发明专利技术之钬铥双掺镓酸钆激光晶体其特征在于掺有２μｍ波段稀土激活离子钬和铥，分子式为Ｈｏ：Ｔｍ：ＧｄＧａＯ３，属于正交晶系，激光晶体基质为镓酸钆晶体。本发明专利技术可应用于激光器件制造领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钬铥双掺镓酸钆激光晶体，属于正交晶系，分子式为 Ho:Tm:GdGa03,简式为Ho:Tm:GGP，输出2 y m波段的激光，具有生长周期短、完整性好、成晶 率高、阈值低、发光效率高等特点，所制作的激光器激光输出效率高，属于光电子材料领域。
技术介绍
2 u m波段的激光具有大气传输特性好、烟雾穿透能力强、保密性好等特点，被应用 于激光测距、激光雷达、光电干扰、遥感、环境检测、光通讯等领域。另外，2 y m波段的激光在 水中有较强吸收，从而不仅对人眼安全，而且能够精确介入生物组织，在医疗领域如眼科手 术也有应用价值。现有能够产生这种2 u m波段激光的激光晶体第一类是掺有稀土激活离子的复合 钨酸盐，如Ho:KGW、Ho:KYW、Ho:Yb:KGW、Tm:Ho:KGW等，该类晶体属单斜晶系，采用顶部籽 晶提拉法生长，为了避免因高温生长而发生的相变，需要在熔体中加入助熔剂，使得生长过 程在相变温度下进行，而助熔剂的加入量通常为助熔剂与溶质摩尔比达4 1，这一措施导 致熔体中溶质减少，因而生长速率减慢，生长周期长，所生长的激光晶体尺寸小，如生长速 率为1 2mm/d，生长周期为10 15d，晶体尺寸为25 X 25 X 15mm3。第二类是掺有稀土激 活离子的稀土钒酸盐，如Ho:YV04、Ho:GdV04，该类晶体属四方晶系，在生长过程中不存在相 变，故与单斜晶系晶体相比，生长速率高、周期短，但是，其生长原料熔点高，因此，生长温度 高，如Ho:YV04的生长温度为1810°C，易因挥发而导致偏析；所生长的晶体易开裂、有色心， 导致成晶率低；另外，该类晶体热稳定性能差。第三类是掺有稀土激活离子的铝酸盐，如 Ho:YAG、Tm:YAP、Tm:Ho:YAG等，这类晶体化学、机械、热稳定等方面的性能较好，但是，其声 子能量较大，导致发光效率较低。第四类是掺有稀土激活离子的氟化物，如Ho BYF、Tm: LYF、 Tm:Ho:KYF等，这类晶体具有声子能量小、发光效率高等优点，但是，其机械性能及热稳定性 能较差，且这类晶体生长条件苛刻，步骤繁杂，因此，生长较为困难；另外，由于该类晶体自 身原因，难以实现大尺寸生长。
技术实现思路
现有技术中掺有稀土激活离子的的复合钨酸盐、稀土钒酸盐、铝酸盐或者氟化物 受其组成、结构等方面因素所限，或此或彼地存在晶体生长周期长、生长温度高、生长困难、 成晶率、晶体尺寸小等问题。为了克服现有技术存在的缺点，在缩短晶体生长周期、降低生 长温度、生长容易、提高晶体成晶率以及获得较大生长尺寸的同时，所生长的晶体具有良好 的机械性能及热稳定性能，较高的发光效率，我们专利技术了一种钬铥双掺镓酸钆激光晶体。本专利技术之钬铥双掺镓酸钆激光晶体其特征在于掺有2 u m波段稀土激活离子钬和 铥，分子式为Ho Tm GdGa03，属于正交晶系，激光晶体基质为镓酸钆晶体。该方案其技术效果在于，钬铥双掺镓酸钆激光晶体具有良好的机械性能，也具 有良好的热稳定性能，如热膨胀系数仅为a轴3. 1X10_6/°C，b轴:8.3X10_7°C，c轴2. 2X 10_6/°C。另外，吸收峰宽，如38nm ；荧光寿命长，如5. 6ms ；增益大，如受激发射截面达 6. 1 X 10_21cm2 ；效率高，如52 %。通过Tm3+ — Ho3+能量传递，可获得2 u m波段激光输出。其技术效果还在于能够采用以下方法制备，所使用的原料包括纯度为99. 999%的 Tm203、纯度为99. 995%的Ho203、纯度为99. 999%的Gd203以及纯度为99. 999%的Ga203，按 下式所示摩尔比称配xHo203+yTm203+ (1 _x_y) Gd203+Ga203 = 2Gd1_x_yTmxHoyGa03研混均勻，压紧成块，在1500°C温度下烧结，发生固相反应生成Ho TmGdGa03多晶 料。采用提拉法生长，中频感应加热，Ho:Tm:GdGa03多晶料置于钼坩埚内，钼坩埚同时 为发热体。籽晶方向为<100>、<110>、<001>之一，生长温度1750°C，提拉速度2mm/h，转速 20rpmo由于钬铥双掺镓酸钆激光晶体属于正交晶系，在生长过程中不存在相变，故无需 加入助熔剂，晶体生长是在正常溶质浓度下进行，与现有掺有稀土激活离子的复合钨酸盐 晶体相比，生长速率高，按提拉速度2mm/h计算，生长速率高达48mm/d，生长周期只有1 2d ；所生长的Ho:Tm:GdGa03激光晶体尺寸远大于25 X 25 X 15mm3，如(1)籽晶方向为<100> 时，激光晶体尺寸为直径O20 30mm、长度70 80mm ；⑵籽晶方向为<110>时，激光晶体 尺寸为直径0 25 35mm、长度65 75mm ； (3)籽晶方向为<001>时，激光晶体尺寸为直径 ① 30 40mm、长度 55 65mm。掺杂浓度高，如 Ho3+0. 5 1. Oat. %, Tm3+2. 5 10at. % 钬铥双掺镓酸钆激光晶体的生长温度只有1750°C，明显低于现有Ho:YV04的生长 温度1810°C，减轻因挥发而导致的偏析，结构缺陷少，结构完整，无开裂、无色心，无核心、无 位错、无散射，成晶率大于90%。具体实施例方式本专利技术之钬铥双掺镓酸钆激光晶体掺有2 u m波段稀土激活离子钬和铥，分子式 为Ho:Tm:GdGa03 ；激光晶体基质为镓酸钆晶体，属于正交晶系，晶格常数a = 0. 547nm、b = 0. 791nm、c = 0. 523nm ；钬铥按如下原子比掺入Ho Tm = 1 5 10，通常钬的掺杂浓 度为0. 5 1. Oat. %，则铥的掺杂浓度为2. 5 10at. %。权利要求一种钬铥双掺镓酸钆激光晶体，其特征在于，掺有2μm波段稀土激活离子钬和铥，分子式为Ho:Tm:GdGaO3，属于正交晶系，激光晶体基质为镓酸钆晶体。2.根据权利要求1所述的镓酸钆激光晶体，其特征在于，镓酸钆晶体晶格常数a=0.547nm、b= 0.791nm、c = 0.523nm。3.根据权利要求1所述的镓酸钆激光晶体，其特征在于，钬铥按如下原子比掺入 Ho Tm = 1 5 10。4.根据权利要求1或者3所述的镓酸钆激光晶体，其特征在于，钬的掺杂浓度为0.1.Oat. %，则铥的掺杂浓度为2. 5 IOat. %。全文摘要钬铥双掺镓酸钆激光晶体属于光电子材料领域。现有技术中掺有稀土激活离子的的复合钨酸盐、稀土钒酸盐、铝酸盐或者氟化物受其组成、结构等方面因素所限，或此或彼地存在晶体生长周期长、生长温度高、生长困难、成晶率、晶体尺寸小等问题。本专利技术之钬铥双掺镓酸钆激光晶体其特征在于掺有2μm波段稀土激活离子钬和铥，分子式为Ho:Tm:GdGaO3，属于正交晶系，激光晶体基质为镓酸钆晶体。本专利技术可应用于激光器件制造领域。文档编号C30B15/00GK101864597SQ20101019235公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月7日 优先权日2010年6月7日专利技术者刘景和, 张学建, 张莹, 曾繁明, 李春, 林海本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钬铥双掺镓酸钆激光晶体，其特征在于，掺有２μｍ波段稀土激活离子钬和铥，分子式为Ｈｏ：Ｔｍ：ＧｄＧａＯ↓［３］，属于正交晶系，激光晶体基质为镓酸钆晶体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘景和，张莹，曾繁明，张学建，李春，林海，金银锁，秦杰明，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]