【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光增益介质材料，特别涉及一种激光增益介质材料及其制备方法。
技术介绍
1、掺钛蓝宝石晶体具有优异的热学、力学和宽带发射特性，被广泛应用于可调谐和超快激光
作为三大基础激光晶体之一，掺钛蓝宝石晶体推动着激光技术向超强、超快方向发展，是激光技术发展的最前沿。目前，人们在掺钛蓝宝石晶体中实现了超过10拍瓦的最高峰值功率激光输出，所述增益介质的尺寸为230mm。要实现百拍瓦乃至更高功率激光，则需要更大尺寸的晶体。然而，钛离子分凝系数小(～0.14)，导致制备大尺寸晶体充满挑战。另一方面，由于钛宝石中钛离子掺杂浓度低，二极管泵浦钛宝石激光器吸收泵浦光的效率和输出功率普遍不高，制约着小型钛宝石激光器的低成本化和进一步应用。提高分凝系数，增加钛离子掺杂浓度是解决上述问题的关键。
2、通常，使用各种方法如提拉法、温度梯度法、泡生法、热交换法和焰熔法等生长掺钛蓝宝石晶体。由于钛离子与蓝宝石中的铝离子半径相差较大，钛离子很难进入蓝宝石晶格，导致掺杂异常困难且发光离子分布不均，难以获得大尺寸高质量的晶体。在晶体制备过程中，增益介质晶体采用氧化铝、二氧化钛或三氧化二钛为原料，钛离子与蓝宝石的铝离子半径相差较大的客观事实依然存在，仅通过制备方法或工艺的改变，解决不了钛离子掺杂异常困难的问题。如使用提拉法生长掺钛蓝宝石晶体，晶体呈浅红色，从籽晶到尾部，晶体颜色逐渐加深。通过实验测试，尤其是所述晶体籽晶部位的钛离子浓度很低，约为～0.05wt.％，难以实现所述晶体的有效激光二极管泵浦和超快高功率激光输出。如使用热交换法生长
技术实现思路
1、为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种激光增益介质材料的制备方法，通过引入m离子，有效提高掺钛蓝宝石晶体中钛离子掺杂浓度。
2、本专利技术的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的激光增益介质材料。
3、本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
4、一种激光增益介质材料的制备方法，包括以下步骤：
5、(1)按(al1-x-ytixmy)2o3-δ称量含铝离子的物料、含钛离子的物料、含m离子的物料；
6、其中m离子用于调节钛离子在al 2o3晶体中的掺杂浓度，为be2+、na+、k+、mg2+、rb+、ca2+、sr2+、ba2+中的一种或者任意组合；
7、x＝0.10％～3％，为钛离子占总阳离子的摩尔百分数；
8、y＝0.10％～3％，为m离子占总阳离子的摩尔百分数；
9、δ为m离子价态变化引起的氧离子个数的改变，δ＞0％；
10、(2)将步骤(1)称量得到的物料研磨、混合后进行高温固相反应，得到m离子与钛离子共掺杂的蓝宝石粉体；
11、(3)对m离子与钛离子共掺杂的蓝宝石粉体进行压片，进行二次高温固相烧结；
12、(4)采用提拉法或其他高温熔体晶体生长方法进行晶体生长，得到m离子与钛离子共掺杂的蓝宝石晶体。
13、优选的，所述含铝离子的物料为含铝离子的氧化物、硝酸盐、碳酸盐、醋酸盐、有机聚合物中的至少一种。
14、优选的，所述含钛离子的物料为含钛离子的氧化物、硝酸盐、碳酸盐、醋酸盐、有机聚合物中的至少一种。
15、优选的，所述含m离子的物料为含m离子的氧化物、硝酸盐、碳酸盐、醋酸盐或有机聚合物中的至少一种。
16、优选的，步骤(2)所述高温固相反应的温度为600℃～900℃。
17、优选的，步骤(3)所述二次高温固相烧结的温度为1000℃～1100℃。
18、一种激光增益介质材料，由所述的激光增益介质材料的制备方法制备得到。
19、优选的，al 2o3晶体中钛离子的掺杂浓度为0.2～1wt.％。
20、本专利技术的原理为：
21、本专利技术通过在掺钛蓝宝石晶格中共掺杂m离子，m离子可以有效调节所述晶体中钛离子晶格格位结构，使得钛离子所处晶格格位结构弛豫，晶格格位结构弛豫可以有效缓解钛离子与铝离子半径相差较大而引起的晶格畸变，增加钛离子在所述晶格中的稳定性，进而大幅提高钛离子在所述晶体中的掺杂浓度。
22、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
23、(1)本专利技术的激光增益介质材料，通过引入m离子，可以有效提高所述晶体中钛离子掺杂浓度，实现所述晶体的高浓度钛离子掺杂，且钛离子掺杂浓度可以根据实际需要进行调节。高浓度掺钛蓝宝石增益介质十分有利于二极管直接泵浦产生宽带可调谐激光，进而大幅降低现有掺钛蓝宝石可调谐激光器的结构复杂度、尺寸和价格。
24、(2)本专利技术的激光增益介质材料，在本专利技术的一种提高氧化铝中钛离子掺杂浓度的方法中，共掺杂m离子，可以有效缓解钛离子与铝离子半径相差较大引起的晶格畸变，降低晶体内应力，一方面增加钛离子的掺杂浓度，提高掺杂离子的分凝系数，另一方面，大的分凝系数有利于所述晶体中掺杂钛离子的分布均匀性，进而降低掺钛蓝宝石增益介质的制备难度，有利于实现所述晶体的大尺寸高质量制备，为百拍瓦甚至更高功率激光发展提供增益介质材料保障。
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1.一种激光增益介质材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的激光增益介质材料的制备方法，其特征在于，所述含铝离子的物料为含铝离子的氧化物、硝酸盐、碳酸盐、醋酸盐、有机聚合物中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的激光增益介质材料的制备方法，其特征在于，所述含钛离子的物料为含钛离子的氧化物、硝酸盐、碳酸盐、醋酸盐、有机聚合物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的激光增益介质材料的制备方法，其特征在于，所述含M离子的物料为含M离子的氧化物、硝酸盐、碳酸盐、醋酸盐或有机聚合物中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的激光增益介质材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述高温固相反应的温度为600℃～900℃。
6.根据权利要求1所述的激光增益介质材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述二次高温固相烧结的温度为1000℃～1100℃。
7.一种激光增益介质材料，其特征在于，由权利要求1～6任一项所述的激光增益介质材料的制备方法制备得到。
8.根据权利要求7所述的激光增益介质材
...【技术特征摘要】
1.一种激光增益介质材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的激光增益介质材料的制备方法，其特征在于，所述含铝离子的物料为含铝离子的氧化物、硝酸盐、碳酸盐、醋酸盐、有机聚合物中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的激光增益介质材料的制备方法，其特征在于，所述含钛离子的物料为含钛离子的氧化物、硝酸盐、碳酸盐、醋酸盐、有机聚合物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的激光增益介质材料的制备方法，其特征在于，所述含m离子的物料为含m离子的氧化物、硝酸盐、碳酸盐、醋酸盐或有机...
【专利技术属性】
技术研发人员：马凤凯，高泉浩，周海琼，徐愉，李真，陈振强，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：
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