一类铒离子激活1.55微米波段镓酸盐激光晶体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一类铒激活I. 55微米波段镓酸盐激光晶体及其制备方法。
背景技术：
人眼安全的I. 55微米波段激光在医疗、遥感探测、通讯、雷达成像及非线性频率转换等方面具有重要的应用前景，是目前固体激光领域中的研究热点。经由铒离子4113/2 — 4I1572跃迁可直接获得高光束质量和高性能I. 55微米波段激光。一般情况下，铒离子I. 55微米激光运转机制是采用对970nm波长附近半导体激光具有较大吸收截面的Yb3+作为敏化离子，通过能量传递使Er3+离子布居到4Iiv2能级上，然后通过4In/2 — 4I13Z2的辐射和无辐射跃迁，使激光上能级4113/2得到布居，最后由4113/2 — 4I1572跃迁实现I. 55微米激光输出。但必须指出，Er3+离子的泵浦能级4111/2到激光上能级4113/2的能级间隔较大，且荧光分支比较小，这样，在低声子能量晶体中，由于多声子无辐射弛豫几率小，处于泵浦能级上的粒子只有部分到达激光上能级，其余的则通过上转换跃迁至更高能级，或通过辐射跃迁直接回到基态，使激光运转所需的粒子数反转条件难以实现。Ce3+离子只有2F5/2和2F7/2两个能级，且能级间隔与Er3+离子4Iiv2和4113/2之间的能级间隔相当，通过Er3+到Ce3+的能量传递，可使布居于泵浦能级4Iiv2的粒子快速弛豫至激光上能级4113/2，因此，在低声子能量晶体中引入Ce3+离子作为退激离子，可改善低声子能量晶体中I. 55微米激光的运转。本发明涉及一类镓酸盐晶体，该类晶体化学性能稳定、硬度高、热性能好，但该类晶体也存在上述不利于I. 55微米激光的运转的负面因素晶体的声子能量较低。因此，要在该类晶体中实现I. 55微米激光输出，在引入Yb3+离子作为敏化剂的同时，也要引入Ce3+离子对泵浦能级进行退激活，使粒子快速弛豫至激光上能级。
发明内容
本发明的目的在于提供一类铒离子激活I. 55微米波段镓酸盐激光晶体及其制备方法。为实现上述目的，本发明采取的技术方案是
I、一类铒离子激活I. 55微米波段激光晶体，该类晶体的化学通式为Cex: Yby:Erz:AR(1_x_y_z)Ga3O7,其中Er为激活离子，Yb为敏化离子，Ce为退激离子，A为Ca、Sr、Ba中的至少一种，R为Y、La、Gd、Lu中的至少一种，x、y、z的值根据激光运转需要在O到I之间变化，且x+y+z ( I。该类晶体属于四方晶系，空间群为P42xm ο2、一种如项I所述的激光晶体的制备方法，即釆用提拉法生长所述激光晶体。3、一种如项I所述的激光晶体可用作固体激光器工作物质，其特征为可被半导体激光泵浦，并输出I. 55微米波段激光。该方案制备流程简单，易于操作，制备过程无污染、无毒害等特点
(I )、以Ca、Sr、Ba、Ce、Yb、Er、Y、La、Gd、Lu、Ga的氧化物和相应盐类为原料，并按上述材料的化学式称取符合Cex: Yby:Erz:AR(1_x_y_z)Ga3O7计量比的原料；
(2)、将(I)中称取的原料混合物置于玛瑙研钵中充分研磨混合均匀，并用油压机和成型模具，将混合料压制成圆柱形薄片。(3)、将(2)中制得的薄片装入不与晶体组分起化学反应的金属、合金或氧化物等耐高温材料制造的坩锅中，置于高温烧结炉烧结48-72小时，获得单晶生长所需的多晶料饼。烧结温度随晶体组成化学式的不同在900 1200°C之间变化。 (4)、将(3)中制得的多晶料饼装入铱金坩锅，置于单晶提拉炉中，进行晶体生长，获得满足激光工作需要的高光学质量单晶。该类单晶生长条件
①生长气氛氮气气氛；
@熔化温度熔化温度为晶体熔点，随晶体化学组成不同，晶体熔点在1400 2000°C之间变化；
晶体提拉速度0. 5 I. 2mm/h ；
④晶体转速15 30rpm;
⑤退火退火降温速率为10 20°C/h。
具体实施例方式实施例I :
称取 22. 59g 的 CeO2,7. 39g 的 Yb203、0. 717g 的 Er2O3^55. 36g 的 SrCO3>36. 70g 的 Gd2O3和106. 49g的Ga2O3,将这六种原料一起置于玛瑙研钵中研磨混合均勻，分3次用Φ 50mm的成型模具及油压机将混合料压成圆饼，置于马弗炉中在1050°C烧结48小时。然后将固相反应合成的产物装入Φ60Χ30_3的铱金坩埚，置于晶体提拉生长炉中，升温熔化。生长的条件为熔化温度1600°C左右，拉速I. Omm/h，转速15rpm，退火降温速率10°C/h。生长得到尺寸大于Φ20Χ40ι πι3的优质透明单晶Cea35 = Ybai = Eratll = SrGda54Ga3O715该晶体适合970nm波长附近半导体激光泵浦，输出I. 55微米波段激光。实施例2:
称取 22. 59g 的 CeO2'7. 39g 的 Yb2O3、O. 717g 的 Er2O3、74g 的 BaCO3'32. 99g 的 La2O3 和106. 49g的Ga2O3,将这四种原料一起置于玛瑙研钵中研磨混合均勻，分3次用Φ 50mm的成型模具及油压机将混合料压成圆饼，置于马弗炉中在1050°C烧结48小时。然后将固相反应合成的产物装入Φ60Χ30_3的铱金坩埚，置于晶体提拉生长炉中，升温熔化。生长的条件为熔化温度1650°C左右，拉速I. 2mm/h，转速15rpm，退火降温速率20°C/h。生长得到尺寸大于 Φ 20 X 40mm3 的优质透明单晶 Ce0 35 Yb0. i Er0 01:BaLa0 54Ga307
权利要求
1.一类I. 55微米波段激光晶体材料，其特征在于该类晶体的化学通式为Cex:Yby:Erz:AR(1_x_y_z)Ga3O7,属于四方晶系，空间群为^42^1 ,其中Er为激活离子，Yb为敏化离子，Ce为退激离子，A为Ca、Sr、Ba中的至少一种，R为Y、La、Gd、Lu中的至少一种，x、y、z的值根据激光运转需要在O到I之间变化，且x+y+z ^ I ο
2.—种权利要求I所述的激光晶体的生长制备方法，其特征在于所述的晶体由提拉法生长。
3.如权利要求I至2所述的激光晶体，其特征在于作为固体激光器工作物质，可输出I. 55微米波段激光。
4.如权利要求3所述的固体激光器工作物质，其特征在于采用半导体激光作为该固体激光器的泵浦源。
全文摘要
本发明提供了一类铒离子激活1.55微米波段镓酸盐激光晶体及其制备方法。该类晶体化学通式为Cex:Yby:Erz:AR(1-x-y-z)Ga3O7，其中Er为激活离子，Yb为敏化离子，Ce为退激离子，A为Ca、Sr、Ba中的至少一种，R为Y、La、Gd、Lu中的至少一种，x、y、z的值根据激光运转需要在0到1之间变化，且x+y+z≤1。该类晶体属于四方晶系，空间群为。该类晶体可用作半导体激光泵浦的1.55微米波段激光器的增益介质。该类晶体可用提拉法生长，流程简单，易于操作。
文档编号C30B29/22GK102766905SQ201110241540
公开日2012年11月7日 申请日期2011年8月22日 优先权日2011年5月4日
发明者林炎富, 罗遵度, 陈雨金, 黄建华, 黄艺东, 龚兴红 申请人:中国科学院福建物质结构研究所
文档序号 :
【 8123340 】
技术研发人员：龚兴红,黄艺东,陈雨金,林炎富,黄建华,罗遵度
技术所有人：中国科学院福建物质结构研究所
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除
技术研发人员：龚兴红,黄艺东,陈雨金,林炎富,黄建华,罗遵度
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