專利名稱：飛秒激光誘導制備氟化镥鋰色心激光晶體和波導晶體材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及晶體材料領域。特別涉及一種采用飛秒激光誘導制備LiLuF4色心激光晶體和波導晶體材料。
背景技術：
堿金屬鹵化物經過飛秒激光照射后可以產生大量的色心，例如V3、F、F2、N、R2和R1等，其中的F2等色心可以制作色心激光增益介質而應用于色心激光器。而幾乎每一種色心都在近紅外至中紅外(2500nm～5000nm)的不同波段處有很寬的熒光發(fā)射帶，其激活色心的發(fā)射截面很大(約為10-16～10-17cm2)，比其它常見的稀土或過渡族離子激活的高增益介質(例如Nd:YAG晶體)大3～5個數(shù)量級，同時激活色心的吸收帶大多在可見光區(qū)或近紅外邊緣，帶寬很寬，有利于采用常用的泵浦源抽運。
目前，KCl:Li+、KCl:Li+、KCl:Na+、RbCl:Li+、KI和KBr都可以產生色心，并在低溫下實現(xiàn)了0.9～5.0μm的激光輸出。同時，科學家們也已經在LiF和KCl晶體中采用飛秒激光誘導產生了具有激光功能的色心，并且在泵浦光激發(fā)下產生了熒光，在LiF晶體中也已經形成了直線波導。
飛秒激光的能量通過多光子吸收和雪崩電離傳遞給透明玻璃或晶體材料，其超快的能量傳遞，使得激光照射點局部產生了很高的溫度和壓力，照射點周圍的物質在高溫高壓下向四周膨脹，冷卻后，便產生了中間密度低，四周密度高的結構，從而折射率產生規(guī)則的變化，可以形成波導。
LiLuF4屬于四方晶系，空間群為I41/a，晶胞參數(shù)為a＝5.126，c＝10.53，V＝276.9。它的透過波段為0.3～16μm，最大聲子能量一般為～400cm-1，不潮解，是一種良好的中紅外激光基質材料。但是，目前國內外未見有關采用飛秒激光誘導制備LiLuF4色心激光晶體和波導的報道。而飛秒激光具有高的能量密度和光子密度，照射在含有堿金屬的LiLuF4晶體上，可望產生大量的色心，例如V3、F、F2、N、R2和R1等，其中的F2等色心可以制作色心激光增益介質而應用于色心激光器，同時還可以形成波導。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于公開一種采用飛秒激光誘導制備LiLuF4色心激光晶體和波導晶體材料。
制備并切割加工出優(yōu)質的LiLuF4晶體，采用聚焦的飛秒激光照射一定的時間。
對晶體進行吸收光譜的測試研究，根據(jù)其吸收峰的分布情況，采用合適的泵浦源對晶體進行激發(fā)，測試其熒光發(fā)射光譜，確定其色心的類型。根據(jù)吸收和熒光譜的測試研究結果，設計出合適的激光諧振腔，并采用合適的泵浦源進行激光實驗研究，實現(xiàn)近紅外和2500nm～5000nm的中紅外激光輸出。
切割加工出一定尺寸、優(yōu)質的LiLuF4晶體，采用聚焦的飛秒激光照射一定的時間，形成有大量F2色心的微米線，其形狀可以是直的，也可以是彎曲的微米線，在fs激光的高溫高壓下形成了折射率四周高而中間低的光波導材料。
LiLuF4色心晶體產生的中紅外激光可以應用于大氣遙感、地球資源探測、環(huán)境保護、污染控制等，此外，在同位素分離、醫(yī)療、生物醫(yī)藥等領域也有廣泛的應用，尤其是在軍事制導、目標探測、遠距離探測化學物質和反導對抗上的應用，在反化學戰(zhàn)和環(huán)境保護中起到關鍵性的作用，成為決定戰(zhàn)爭勝負的關鍵技術。而把LiLuF4光波導和LiLuF4激光功能色心結合起來可以制成微米色心激光器，有望在LiLuF4晶體中實現(xiàn)光波的傳輸、激光振蕩和光放大。


附圖為LiLuF4色心激光晶體的激光實驗裝置示意圖1是塊狀LiLuF4色心激光晶體；2是600～2400nm波段的合適泵浦源；3是對λ＝2500nm～5000nm波長全反射和對600～2400nm波段透射的介質鏡；4是對λ＝2500nm～5000nm波長部分透射和對600～2400nm波段全反射的介質鏡；5是LPE-1A激光能量計。
具體實施例方式實施例一先對原料LiF和LuF3進行處理分別將適量分析純的LiF和LuF3原料放入自制的燒結爐中，通入高純氬氣和CF4使之緩緩流過，加熱到800℃，然后將溫度降下來，原料存放好備用。
采用提拉法生長優(yōu)質LiLuF4晶體。按50mol％LiF和50mol％LuF3的比例準確稱量200g，研磨混合均勻，壓片，把原料裝入Ф55mm×30mm的銥坩堝內。晶體提拉法生長所用的儀器是DJL-400的中頻提拉爐，中頻電源型號為KGPF25-0.3-2.5。采用Pt/Pt-Rh的熱電偶和型號為815EPC的歐路表控溫。首先把爐子內的氣體抽出，使得爐子內的氣壓達到10-3Pa，再通入高純氬氣和CF1，然后升溫到比熔點高50℃的溫度，恒溫1小時，使得原料熔化完全。然后在鉑-銥絲上自然成核結晶，并開始生長。籽晶桿的提拉速率為1.3～1.5mm/h，降溫速率為2～10℃/h，籽晶桿的轉動速率為12-20r.p.m.，生長結束后，將晶體提離液面，然后以10～30℃/h的速率降至室溫，取出LiLuF4晶體。
切割加工出5mm×5mm×5mm的優(yōu)質LiLuF4晶體，采用Ti:Sapphire激光系統(tǒng)產生1焦耳、100fs的脈沖激光，并采用透鏡把它會聚于晶體上10-5cm2的一點，照射30分鐘后，對晶體進行吸收光譜的測試研究，根據(jù)其吸收峰的分布情況，采用合適的泵浦源對晶體進行激發(fā)，測試其熒光發(fā)射光譜，確定其色心的類型。根據(jù)吸收和熒光譜的測試研究結果，設計出合適的激光諧振腔，并采用合適的泵浦源進行激光實驗研究，實現(xiàn)2500nm～5000nm的中紅外波段可調諧激光輸出。
實施例二切割加工出5mm×5mm×5mm的優(yōu)質LiLuF4晶體，采用Ti:Sapphire激光系統(tǒng)產生1焦耳、100fs的脈沖激光，并采用透鏡把它會聚于晶體上10-5cm2的一點，照射30分鐘后，沿著晶體上的一條直線移動聚焦點，重新形照射30分鐘后，重復以上的操作直至在直線上形成大量F2色心的微米線，這樣便在fs激光的高溫高壓下形成了折射率四周高而中間低的直線光波導。
權利要求
1.一種氟化镥鋰色心激光晶體，其特征在于該晶體利用氟化镥鋰作為激光基質材料，采用飛秒激光誘導色心，實現(xiàn)近紅外或2500nm～5000nm的中紅外激光輸出。
2.一種氟化镥鋰波導晶體材料，其特征在于該晶體利用氟化镥鋰作為基質材料，采用飛秒激光誘導，形成有大量F2色心的微米線，在fs激光的高溫高壓下形成了折射率四周高而中間低的光波導材料。
全文摘要
飛秒激光誘導制備氟化镥鋰色心激光晶體和波導晶體材料，涉及晶體材料領域。氟化镥鋰色心激光晶體利用氟化镥鋰作為激光基質材料，采用飛秒激光誘導色心，實現(xiàn)近紅外或2500nm～5000nm的中紅外激光輸出。波導晶體材料采用飛秒激光誘導，形成有大量F
文檔編號C30B15/00GK101089239SQ20061009146
公開日2007年12月19日 申請日期2006年6月13日 優(yōu)先權日2006年6月13日
發(fā)明者涂朝陽, 游振宇, 王燕, 李堅富, 朱昭捷 申請人:中國科學院福建物質結構研究所