專利名稱：一種激光晶體摻釹鉬酸鑭鉀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
摻釹鉬酸鑭鉀激光晶體及其制備方法和用途，它涉及光電子功能材料技術(shù)領(lǐng)域中的人工晶體和晶體生長領(lǐng)域，尤其是涉及一種作為固態(tài)激光器中的工作物質(zhì)的激光晶體材料。
背景技術(shù)：
藍(lán)光波段激光在高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、海底通訊、大屏幕顯示、檢測、生命科學(xué)及激光醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值，目前商業(yè)化的固體激光器的波長主要集中在近紅外和紅外波段，在固體激光器中欲獲得藍(lán)光輸出，主要通過以下三種方法1、利用寬禁帶的半導(dǎo)體材料制作直接輸出藍(lán)光的半導(dǎo)體激光器。2、利用非線性頻率變換技術(shù)對固體激光進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換。3、利用上轉(zhuǎn)換技術(shù)獲得藍(lán)色激光輸出。其中利用非線性頻率變換對固體激光進(jìn)行倍頻獲得的激光由于光束質(zhì)量好、輸出功率高而成為實(shí)現(xiàn)高功率藍(lán)綠激光輸出的主要途徑。
藍(lán)綠波段激光中，以稱為“海軍藍(lán)”的457nm藍(lán)光的穿透能力最佳，目前國際上常用的固體藍(lán)色激光器多為Nd:YAG 946nm激光倍頻產(chǎn)生的473nm藍(lán)光，這個(gè)波長比457nm還長16nm。
M′M″(MoO4)2(M′＝alkali metal；M″＝La，Y，Gd)系列化合物是一類很早就引人注意的激光基質(zhì)晶體材料，其具有白鎢礦結(jié)構(gòu)(CaWO4型)，由于M′和M″聯(lián)合替代二個(gè)Ca2+離子在陽離子位置的隨機(jī)分布，導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)上的無序，使得摻雜進(jìn)去的激活離子所處的格位產(chǎn)生畸變，這種無序結(jié)構(gòu)將使激活離子的光譜帶展寬，這將有利于采用LD對其進(jìn)行泵浦。過去的研究已經(jīng)證明這一類化合物摻雜稀土離子如摻Nd3+，Ho3+和Er3+可以成為激光基質(zhì)材料，在研究過程中我們發(fā)現(xiàn)這類化合物中摻釹的鉬酸鑭鉀晶體具有比較突出的光譜性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于研制一種新的激光晶體Nd3+:KLa(MoO4)2，它能夠直接使用閃光燈和LD泵浦，通過倍頻實(shí)現(xiàn)450nm藍(lán)色激光輸出的激光晶體材料。Nd3+:KLa(MoO4)2晶體屬于四方晶系，具有I4(1)/a(C4h6)空間群結(jié)構(gòu)。其中釹離子是作為摻雜離子，取代鑭離子的晶格位置，釹的摻雜濃度在0.5at.％～15at.％，熒光壽命(τ)為0.1～0.2ms，其熒光壽命是釹離子濃度的函數(shù)，可根據(jù)不同的需要摻入不同濃度的釹離子。光譜計(jì)算表明，該晶體在804nm處有一強(qiáng)的吸收峰，吸收系數(shù)為7.5cm-1，半峰寬12.00nm，吸收截面2.85×10-20cm2；另外，其在波長1061nm有強(qiáng)的熒光發(fā)射峰，發(fā)射躍遷截面為2.0×10-19cm2，半峰寬20nm。該晶體是一種新型的激光晶體，可產(chǎn)生波長為1061nm的激光輸出，在波長900nm也有強(qiáng)的熒光發(fā)射峰，發(fā)射躍遷截面為5.1×10-20cm2，半峰寬38nm。
Nd3+:KLa(MoO4)2晶體在900nm較強(qiáng)的發(fā)射有可能通過倍頻手段產(chǎn)生450nm的藍(lán)色激光輸出。這個(gè)波長距457nm僅相差7nm，再加上Nd3+:KLa(MoO4)2晶體在900nm處的半峰寬可達(dá)38nm，有一定程度的調(diào)諧，因而它可以覆蓋到457nm。在輸出波長方面，Nd3+:KLa(MoO4)2晶體比NYAG更具有優(yōu)勢。從光譜數(shù)據(jù)方面看，Nd3+:KLa(MoO4)2晶體與NYAG相當(dāng)。該晶體可通過采用倍頻手段獲得較強(qiáng)的450nm的深藍(lán)色激光輸出，并且還有一定范圍內(nèi)的可調(diào)諧。
Nd3+:KLa(MoO4)2晶體是一種同成分熔化的化合物，可采用提拉法生長，按化學(xué)反應(yīng)式的比例進(jìn)行稱樣、混合、壓片，而Nd2O3則按所需濃度加入。所用原料為

其主要生長條件如下生長是在鉑金坩鍋中，在惰性、中性或富氧氣體氣氛下進(jìn)行，可生長出高質(zhì)量的Nd3+:KLa(MoO4)2晶體，其生長的參數(shù)為生長溫度1070℃左右，提升速度為0.5～2.0毫米/小時(shí)，晶體轉(zhuǎn)速5～20轉(zhuǎn)/分鐘。
將生長出的Nd3+:KLa(MoO4)2晶體，在四圓衍射儀上進(jìn)行了衍射數(shù)據(jù)的收集，結(jié)構(gòu)分析表明，其屬于四方晶系，空間群為I4(1)/a(C4h6)，晶胞參數(shù)為a＝5.445，b＝5.445，c＝12.208，V＝362.073，密度5.45g/cm3。
將生長出的Nd3+:KLa(MoO4)2晶體，進(jìn)行吸收光譜、熒光光譜及熒光壽命等的分析測試，結(jié)果表明摻4.1at.％Nd3+離子的Nd3+:KLa(MoO4)2晶體的主吸收峰在804nm，其半峰寬為12nm，在804nm處較大的半峰寬非常適合于采用GaAlAs半導(dǎo)體激光來進(jìn)行泵浦，有利于激光晶體對泵浦光的吸收，提高泵浦效率。其在850nm～1400nm波段有三個(gè)非常寬的發(fā)射帶，其中峰中心在1061nm處發(fā)射峰的半峰寬(FWHM)為14nm，熒光壽命為0.164ms，因?yàn)闊晒鈮勖L的晶體能在上能級積累更多的粒子，增加了儲(chǔ)能，有利于器件輸出功率和輸出能量的提高。在波長900nm也有強(qiáng)的熒光發(fā)射峰，發(fā)射躍遷截面為5.1×10-20cm2，半峰寬38nm?？赏ㄟ^倍頻產(chǎn)生450nm藍(lán)色激光輸出。用該晶體制成的固體激光器可用于光譜學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、軍事等諸多領(lǐng)域中。
Nd3+:KLa(MoO4)2晶體可用提拉法非常容易地生長出質(zhì)量優(yōu)良的晶體，生長速度快，晶體質(zhì)地堅(jiān)硬，具有良好的導(dǎo)熱性能，有優(yōu)良的光學(xué)特性，很容易用閃光燈泵浦和LD泵浦獲得激光輸出，激光輸出波長為1.06和0.9μm左右，可通過倍頻產(chǎn)生530.5nm和450nm的綠色和藍(lán)色激光輸出。該晶體可作為一種較好的激光晶體。
具體實(shí)施例方式
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)優(yōu)選方式如下實(shí)施例1.提拉法生長摻雜濃度為1.0at.％Nd3+的KLa(MoO4)2激光晶體將按配比準(zhǔn)確稱量好的K2CO3、La2O3、MoO3、Nd2O3混合研磨均勻，壓片后，放入φ60×40mm3的鉑金坩鍋中，在馬弗爐中于700℃固相反應(yīng)24小時(shí)；取出后，重新研磨壓片再升溫至800℃反應(yīng)48小時(shí)。將合成好的以上樣品放入鉑金坩鍋中，采用提拉法，在氮?dú)鈿夥罩?，生長溫度為1070℃、晶體轉(zhuǎn)速為15轉(zhuǎn)/分鐘，拉速為1毫米/小時(shí)的情況下，生長出了尺寸為φ20×35mm3的高質(zhì)量的Nd3+含量為1.0at.％的Nd3+:KLa(MoO4)2晶體。
實(shí)施例2提拉法生長摻雜濃度為9.0at.％Nd3+的KLa(MoO4)2，激光晶體將按配比準(zhǔn)確稱量好的K2CO3、La2O3、MoO3、Nd2O3混合研磨均勻，壓片后，放入φ60×40mm3的鉑金坩鍋中，在馬弗爐中于700℃固相反應(yīng)24小時(shí)；取出后，重新研磨壓片再升溫至800℃反應(yīng)48小時(shí)。將合成好的以上樣品放入鉑金坩鍋中，采用提拉法，在氮?dú)鈿夥罩?，生長溫度為1072℃、晶體轉(zhuǎn)速為20轉(zhuǎn)/分鐘，拉速為0.8毫米/小時(shí)的情況下，生長出了尺寸為φ25×45mm3的高質(zhì)量的Nd3+含量為9.0at.％的Nd3+:KLa(MoO4)2晶體。
實(shí)施例3提拉法生長摻雜濃度為4.0at.％Nd3+的KLa(MoO4)2激光晶體將按配比準(zhǔn)確稱量好的K2CO3、La2O3、MoO3、Nd2O3混合研磨均勻，壓片后，放入φ60×40mm3的鉑金坩鍋中，在馬弗爐中于700℃固相反應(yīng)24小時(shí)；取出后，重新研磨壓片再升溫至800℃反應(yīng)48小時(shí)。將合成好的以上樣品放入鉑金坩鍋中，采用提拉法，在空氣氣氛中，生長溫度為1072℃、晶體轉(zhuǎn)速為20轉(zhuǎn)/分鐘，拉速為1毫米/小時(shí)的情況下，生長出了尺寸為φ25×40mm3的高質(zhì)量的Nd3+含量為4.0at.％的Nd3+:KLa(MoO4)2晶體。
權(quán)利要求
1.一種激光晶體摻釹鉬酸鑭鉀，其特征在于該晶體的分子式為Nd3+:KLa(MoO4)2，屬于四方晶系，空間群為I4(1)/a(C4h6)，晶胞參數(shù)為a＝5.445，b＝5.445，c＝12.208，V＝362.073，Dc＝5.45g/cm3，折射率2.0。
2.如權(quán)利要求1所述的摻釹鉬酸鑭鉀激光晶體，其特征在于在該晶體中，Nd3+離子作為摻雜離子，取代晶體中La3+離子的晶格位置，其摻雜濃度為0.05at～15at％。
3.一種權(quán)利要求1的激光晶體摻釹鉬酸鑭鉀的制備方法，其特征在于該晶體采用提拉法生長，以K2CO3、La2O3和MoO3為原料，按化學(xué)反應(yīng)式的比例稱樣、混合、壓片，而Nd2O3則按所需濃度加入；在鉑金坩鍋中，惰性、中性或富氧氣氛下提拉生長出晶體，晶體生長的參數(shù)為生長溫度1070℃左右，提升速度為0.5～2.0毫米/小時(shí)，晶體轉(zhuǎn)速為5～20轉(zhuǎn)/分鐘。
4.一種權(quán)利要求1的激光晶體摻釹鉬酸鑭鉀的用途，其特征在于該晶體用于光譜學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、軍事領(lǐng)域中的固體激光器。
全文摘要
本發(fā)明涉及人工晶體領(lǐng)域，特別是涉及一種可輸出藍(lán)色激光的晶體摻釹鉬酸鑭鉀(Nd
文檔編號C30B15/00GK1848562SQ20051006544
公開日2006年10月18日 申請日期2005年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月5日
發(fā)明者龍西法, 韓秀梅, 王國建 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所