專利名稱：高效抗輻射Yb的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能晶體材料領(lǐng)域，具體的說是一種高效抗輻射含鈧石榴石類激光晶體。
背景技術(shù)：
在空間科學(xué)研究中，激光器可能會受到γ射線和高能粒子的照射，從而要求激光器能夠抗射線輻射和抵御高能粒子的沖擊，因此高效抗輻射激光材料對于空間激光技術(shù)的發(fā)展具有重要的意義。
含鈧石榴石晶體A3Sc2B3O12[A＝Gd，Y，Lu；B＝Ga，Al]是性能優(yōu)良的激光工作基質(zhì)，晶體結(jié)構(gòu)屬于立方晶系，可以采用熔體提拉法生長出高光學(xué)質(zhì)量的單晶。Danileiko等人(Yu.K.Danileko et al.Sov.J.Quantum Electron.，1985，15286)報(bào)道了Nd，Cr:GSGG(Gd3Sc2Ga3O12)即使在γ射線劑量超過100Mrad時(shí)仍未達(dá)到它的損傷閾值，而Nd:YAG(Y3Al5O12)激光器在受到1Mrad的γ射線輻照后，其激光輸出下降了一個數(shù)量級。因?yàn)樵诤偸袷w中，位于八面體氧配位中心的Sc原子與GGG、YAG晶體中相同位置的Ga和Al原子相比，具有較高的共價(jià)特點(diǎn)和鍵的有序性，抵抗形成色心的能力增強(qiáng)，因此具有強(qiáng)的輻抗射能力。這說明含鈧石榴石類晶體是一種強(qiáng)的抗輻射材料，比YAG更適合在空間環(huán)境中使用，Er3+離子的1.5μm和2.7-3μm波段激光在醫(yī)療、光通訊、科學(xué)研究及軍事等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。但在單摻Er3+的激光材料中，由于Er3+在InGaAs激光二極管發(fā)射波長(0.9-1.1μm)的吸收較弱，影響了抽運(yùn)效率。為了提高泵浦效率，對Er3+離子進(jìn)行敏化很有必要。由于Yb3+能與InGaAs發(fā)射波長有效耦合，有較強(qiáng)吸收，并且Yb3+(2F5/2)的發(fā)射帶和Er3+(4I11/2)的吸收帶有較大的重疊，使得Yb3+能對Er3+進(jìn)行有效的敏化，將吸收的能量轉(zhuǎn)移給Er3+離子，可達(dá)到提高對泵浦光吸收效率和降低激光振蕩閾值的目的。近年來，InGaAs940nm高功率激光二極管陣列的制造技術(shù)已經(jīng)成熟并商品化，由于Yb3+離子在940nm附近處不僅有大的吸收截面而且吸收帶也較寬，不需嚴(yán)格控制激光二極管的溫度，因而可大大降低激光器的復(fù)雜程度，有利于設(shè)備小型化，這對于在空間科學(xué)中的應(yīng)用是非常重要的。由于基質(zhì)A3Sc2B3O12本身具有抗輻射功能，所以Yb，Er:A3Sc2B3O12晶體是一種高效抗輻射的激光材料，除可滿足一般應(yīng)用的需要，也尤其適合空間環(huán)境應(yīng)用的需要。
在上世紀(jì)七八十年代，由于當(dāng)時(shí)Sc2O3原料非常昂貴，從而限制了含鈧石榴石晶體的研究和發(fā)展。近年來，隨著應(yīng)用需求和提取技術(shù)的迅速發(fā)展，Sc2O3的價(jià)格有了較大幅度的降低。所以，近些年來，國外含鈧石榴石晶體的研究又重新興起。據(jù)檢索，目前國內(nèi)外都還沒有關(guān)于Yb，Er:A3Sc2B3O12類含鈧石榴石晶體的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于公開一種能夠在1.5μm和2.7-3μm實(shí)現(xiàn)高效激光輸出的高效抗輻射Yb3+敏化Er3+的含鈧石榴石激光晶體及其制備方法本發(fā)明的技術(shù)方案高效抗輻射Yb3+敏化Er3+的含鈧石榴石激光晶體，其特征在于該晶體的分子式為Yb3+，Er3+:A3Sc2B3O12[A＝Gd，Y，Lu；B＝Ga，Al]，Yb3+作為敏化離子將吸收的能量傳遞給激活離子Er3+，通過Er3+離子濃度的低摻與高摻，它的激光波段分別在1.5μm和2.8μm附近。
其中Yb3+的取代濃度為1-10at％，Er3+的取代濃度為0.5-3at％或?yàn)?0-50at％。
該晶體除可用常規(guī)的泵浦方式泵浦外，還可使用波長為940-980nm的半導(dǎo)體激光作為泵浦源。
所述的高效抗輻射Yb3+敏化Er3+的含鈧石榴石多晶原料的固相制備方法，其特征在于，按照下列化學(xué)反應(yīng)式3xYb2O3+3yEr2O3+3(1-x-y)A2O3+2Sc2O3+3B2O3＝2Yb3xEr3yA(3-3x-3y)Sc2B3O12，其中A＝Gd，Y，Lu；B＝Ga，Al，x＝1-10％，y＝0.5-3at％或30-50at％，通過固相反應(yīng)法制得Yb，Er:A3Sc2B3O12多晶原料。
所述的高效抗輻射Yb3+敏化Er3+的含鈧石榴石多晶原料的制備方法，其特征在于也可以采用液相法制得Yb，Er:A3Sc2B3O12多晶原料，液相法指共沉淀法或溶膠-凝膠法。
所述的高效抗輻射Yb3+敏化Er3+的含鈧石榴石激光晶體制備方法，其特征在于使用Yb，Er:A3Sc2B3O12多晶原料，采用熔體法制備Yb，Er:A3Sc2B3O12單晶。
Yb，Er:A3Sc2B3O12類含鈧石榴石通常采用熔體法生長單晶，這種方法可以生長出尺寸較大的具有實(shí)用價(jià)值的單晶；也可以采用水熱法等方法制備。
本發(fā)明提供一種高效抗輻射Yb3+敏化Er3+離子的A3Sc2B3O12(其中A可為稀土離子Gd3+、Y3+或Lu3+，B可為Ga3+或Al3+)類含鈧石榴石激光晶體，晶體結(jié)構(gòu)屬于立方晶系，可以采用熔體提拉法生長出高光學(xué)均勻性的晶體。A3Sc2B3O12類含鈧石榴石晶體是一種強(qiáng)的抗輻射材料，比YAG更適合在空間環(huán)境中使用。由于Yb3+能與InGaAs發(fā)射波長(0.9-1.1μm)有效耦合，有較強(qiáng)吸收，并且Yb3+(2F5/2)的發(fā)射帶和Er3+(4I11/2)的吸收帶有較大的重疊，使得Yb3+能對Er3+進(jìn)行有效的敏化，將吸收的能量轉(zhuǎn)移給Er3+離子，可達(dá)到提高泵浦光吸收效率和降低激光振蕩閾值的目的。因此，Yb，Er:A3Sc2B3O12晶體有望成為一種LD泵浦適合空間使用的高效激光晶體。用Yb，Er:A3Sc2B3O12晶體的1.5μm和2.7-3μm波段激光在醫(yī)療、光通訊、科學(xué)研究及軍事等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。除可滿足一般應(yīng)用的需要，也可滿足空間環(huán)境應(yīng)用的需要。


圖1是采用半導(dǎo)體激光作為泵浦源實(shí)現(xiàn)Yb，Er:GSGG(Gd3Sc2Ga3O12)晶體激光輸出的一種實(shí)驗(yàn)裝置圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1生長低摻Er3+離子濃度的Yb，Er:GSGG(Gd3Sc2Ga3O12)晶體低摻Er3+離子濃度的Yb，Er:GSGG晶體是指Er3+離子的摻雜濃度在0.5-3at％之間，它可輸出1.5μm的激光，以固相法或液相法制備的多晶原料，采用熔體提拉法即可生長出低摻Er3+的Yb，Er:GSGG單晶體。
實(shí)施例2生長高摻Er3+離子濃度的Yb，Er:GSGG(Gd3Sc2Ga3O12)晶體高摻Er3+離子濃度的Yb，Er:GSGG晶體是指Er3+離子的摻雜濃度在30-50at％之間，它可輸出2.8μm的激光，以固相法或液相法制備的多晶原料，采用熔體提拉法即可生長出高摻Er3+的Yb，Er:GSGG單晶體。
實(shí)施例3實(shí)現(xiàn)Yb，Er:GSGG(Gd3Sc2Ga3O12)晶體1.5μm波段附近激光輸出的一種實(shí)驗(yàn)裝置采用940nm半導(dǎo)體激光器泵浦Yb，Er:GSGG(Yb3+的摻雜濃度為1-10at％，Er3+的摻雜濃度為0.5-3at％)的晶體元件。實(shí)驗(yàn)裝置如附圖1。圖中1是Yb，Er:GSGG晶體元件；2是940nm半導(dǎo)體激光器；3是對1.5μm附近波長全反射對940nm全透射的介質(zhì)鏡；4是對1.5μm附近波長部分透射對940nm全反射的介質(zhì)鏡；5是LPE-1A激光能量計(jì)；6是聚焦透鏡。
實(shí)施例4實(shí)現(xiàn)Yb，Er:GSGG(Gd3Sc2Ga3O12)晶體2.8μm波段附近激光輸出的一種實(shí)驗(yàn)裝置采用940nm半導(dǎo)體激光器泵浦Yb，Er:GSGG(Yb3+的摻雜濃度為1-10at％，Er3+的摻雜濃度為30-50at％)的晶體元件。實(shí)驗(yàn)裝置如附圖1。圖中1是Yb，Er:GSGG晶體元件；2是940nm半導(dǎo)體激光器；3是對2.8μm附近波長全反射對940nm全透射的介質(zhì)鏡；4是對2.8μm附近波長部分透射對940nm全反射的介質(zhì)鏡；5是LPE-1A激光能量計(jì)；6是聚焦透鏡。由于2.8μm附近波長處于水的強(qiáng)吸收帶，因此在此激光實(shí)驗(yàn)裝置中，還需要排除諧振腔內(nèi)的水氣或縮短諧振腔以減少水氣對激光振蕩的不良影響。
權(quán)利要求
1.高效抗輻射Yb3+敏化Er3+的含鈧石榴石激光晶體，其特征在于該晶體的分子式為Yb3+，Er3+:A3Sc2B3O12[A＝Gd，Y，Lu；B＝Ga，Al]，Yb3+作為敏化離子將吸收的能量傳遞給激活離子Er3+，通過Er3+離子濃度的低摻與高摻，它的激光波段分別在1.5μm和2.8μm附近。
2.如權(quán)利要求書1所述的高效抗輻射Yb3+敏化Er3+的含鈧石榴石激光晶體，其特征在于其中Yb3+的取代濃度為1-10at％，Er3+的取代濃度為0.5-3at％或?yàn)?0-50at％。
3.如權(quán)利要求書1所述的高效抗輻射Yb3+敏化Er3+的含鈧石榴石激光晶體，其特征在于該晶體除可用常規(guī)的泵浦方式泵浦外，還可使用波長為940-980nm的半導(dǎo)體激光作為泵浦源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效抗輻射Yb3+敏化Er3+的含鈧石榴石多晶原料的固相制備方法，其特征在于，按照下列化學(xué)反應(yīng)式3xYb2O3+3yEr2O3+3(1-x-y)A2O3+2Sc2O3+3B2O3＝2Yb3xEr3yA(3-3x-3y)Sc2B3O12，其中A＝Gd，Y，Lu；B＝Ga，Al，x＝1-10％，y＝0.5-3at％或30-50at％，通過固相反應(yīng)法制得Yb，Er:A3Sc2B3O12多晶原料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效抗輻射Yb3+敏化Er3+的含鈧石榴石多晶原料的制備方法，其特征在于或者采用液相法制得Yb，Er:A3Sc2B3O12多晶原料，液相法指共沉淀法或溶膠-凝膠法。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高效抗輻射Yb3+敏化Er3+的含鈧石榴石激光晶體制備方法，其特征在于使用Yb，Er:A3Sc2B3O12多晶原料，采用熔體法制備Yb，Er:A3Sc2B3O12單晶。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種高效抗輻射Yb
文檔編號C30B11/00GK101063228SQ20071002225
公開日2007年10月31日 申請日期2007年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月10日
發(fā)明者孫敦陸, 殷紹唐, 張慶禮 申請人:中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所