本发明涉及近红外激光增益材料技术领域，具体涉及一种铋钾双掺铝酸钇新型近红外激光晶体及其制备方法。
背景技术：
近红外波段激光在光通信、超快光子学、激光雷达、遥感探测、光电对抗、医疗、科研、等领域具有广泛的应用前景。2001年日本学者fujimoto等人首次报道了铋掺杂玻璃的近红外宽带发光后，铋离子成为近红外超宽波段激光输出的有效离子之一。铋离子不仅具有近红外波段的宽带发光，还具有中红外波段的宽带发光，且半峰宽较宽，荧光寿命长等优点而备受关注。
目前国内外关于铋离子的研究主要集中在玻璃光纤基质中，主要应用于光纤通信领域，而在激光晶体材料中的研究非常少，主要是因为铋离子近红外荧光发射效率低、发光弱和分凝系数低等问题。而且，铋离子不像稀土离子那样具有特征鲜明的发射光谱，其发光受多种因素，如共价键、配位环境、晶格对称性及酸碱度等影响。铋离子红外发光的起源一直没有定论，其原因是铋离子的价态复杂，可为bi0、bi+1、bi+2、bi+3、bi+4和bi+5，且铋离子可以形成一系列的团簇。近年来国内外对铋离子近红外宽带发光的研究表明，近红外发光中心为低价态的铋离子，如何获得低价态的铋离子，并让其稳定存在，是掺铋发光材料的研究重点。
因此研究铋钾双掺铝酸钇近红外激光晶体材料对近红外宽光谱激光输出具有重要意义。目前，国内外尚未有关于铋钾双掺铝酸钇晶体的相关报道。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种铋钾双掺铝酸钇新型近红外激光晶体及其制备方法。
根据公开的实施例，本发明的第一方面提出了一种铋钾双掺铝酸钇新型近红外激光晶体，所述的近红外激光晶体包括晶体基质、铋离子和钾离子，所述的晶体基质为铝酸钇晶体，所述的铋离子作为激活离子和所述的钾离子作为优化离子同时掺入所述的铝酸钇晶体中。
进一步地，所述的铋钾双掺铝酸钇近红外激光晶体的分子式为bi/k:yalo3，简式为：bi/k:yap。
进一步地，所述的铋离子的掺杂浓度范围为0.1～15at.％，所述的钾离子的掺杂浓度范围为0.1～15at.％。
进一步地，所述的近红外激光晶体用于实现900nm～1700nm波段宽带全固态激光输出。
根据公开的实施例，本发明的第二方面提出了一种铋钾双掺铝酸钇新型近红外激光晶体的制备方法，所述的制备方法包括下列步骤：
s1、将纯度为99.999％的bi2o3、k2co3、y2o3和al2o3作为原料，配料时[y]和[al]摩尔比为1:1，铋离子的掺入量为0.1～15at.％，钾离子的参入量为0.1～15at.％，原料经研混均匀后压块烧结；
s2、将烧结好的原料装入铱坩埚中，用高纯氮气或者惰性气体完全置换单晶炉内的空气，晶体炉升温至1850～2050℃，晶体提拉速度为0.5～1.5mm/h，转速为6～16r/min；
s3、晶体生长结束后，在生长温度附近需要缓慢进行降温，降温梯度40～50℃/h。
进一步地，所述的步骤s1过程如下：
将纯度为99.99％的bi2o3、k2co3、y2o3和al2o3按照用料配比混合，然后在混料机中混合5～20个小时；
在1-5gpa的压力下将原料压成圆柱状的料饼；
将料饼放入马弗炉中，5～10个小时升温至1000～1200℃，在此温度烧结20～30小时，用10～15个小时降至室温，使混料充分发生固相反应，即可得到铋钾双掺铝酸钇晶体粉料。
进一步地，所述的步骤s2过程如下：
将上述原料放入铱金坩埚中，采用中频感应加热，使用yap晶体作为籽晶；
采用czochralski提拉法沿b轴或a轴方向生长，按照引晶、缩颈、放肩、等径、收尾的程序生长铋钾双掺铝酸钇晶体。
进一步地，所述的步骤s2中晶体降温速度为20～30℃/h。
进一步地，所述的步骤s3过程如下：
将得到晶体在空气中退火，退火温度为1100～1200℃，保温时间为10～30小时。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
本发明首次提出一种铋钾双掺铝酸钇晶体及制备方法。铋离子作为激活离子，钾离子作为优化离子，钾离子在晶体可以提供局部电荷的补偿作用，铋钾双掺时易变价的bi3+将获得相对于单掺bi3+时获得更多的电子，形成更多低价态的铋离子，使其稳定存在于晶体中，同时提高铋离子的分凝系数，从而有效提高铋离子激活近红外激光晶体的激光输出效率。该晶体在通讯、医疗、科研及军事等领域有着重要的应用前景。
附图说明
图1是本发明公开的一种铋钾双掺铝酸钇新型近红外激光晶体制备方法。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例公开了一种铋钾双掺铝酸钇近红外激光晶体，可让铋离子以低价态稳定存在，并且有效提高铋离子的分凝系数。该晶体可以实现近红外的激光输出，在通讯、医疗、科研及军事等领域有着重要的应用前景。
该铝酸钇近红外激光晶体，其特征在于铝酸钇晶体中同时掺入铋离子和钾离子，所述铋离子作为激活离子，钾离子作为优化离子，可以提供局部电荷的补偿作用，铋钾双掺时易变价的bi3+将获得相对于单掺bi3+时获得更多的电子，形成更多低价态的铋离子，同时提高铋离子在晶体中的分凝系数。
该铋钾双掺铝酸钇近红外激光晶体中铋离子和钾离子同时掺入激光晶体，分子式为bi/k:yalo3，简式为：bi/k:yap，铋离子的掺杂浓度范围为0.1～15at.％，钾离子的掺杂浓度范围为0.1～15at.％。
该激光晶体用于实现900nm～1700nm波段宽带全固态激光输出。
实施例二
如附图1所示，本实施例公开了一种铋钾双掺铝酸钇新型近红外激光晶体制备方法，该制备方法包括以下步骤：
将纯度为99.999％的bi2o3、k2co3、y2o3和al2o3作为原料，配料时[y]和[al]摩尔比为1:1，铋离子的掺入量为0.1～15at.％，钾离子的参入量为0.1～15at.％，原料经研混均匀后压块烧结；
将烧结好的原料装入铱坩埚中，用高纯氮气或者惰性气体完全置换单晶炉内的空气，晶体炉升温至1850～2050℃，晶体提拉速度为0.5～1.5mm/h，转速为6～16r/min；
晶体生长结束后，在生长温度附近需要缓慢进行降温，降温梯度40～50℃/h。
实施例三
本实施例公开了另一种铋钾双掺铝酸钇新型近红外激光晶体制备方法，该制备方法包括以下步骤：
将纯度为99.99％的bi2o3、k2co3、y2o3和al2o3按照用料配比混合，然后在混料机中混合5～20个小时。
在1-5gpa的压力下将原料压成圆柱状的料饼。
将料饼放入马弗炉中，5～10个小时升温至1000～1200℃，在此温度烧结20～30小时，用10～15个小时降至室温，使混料充分发生固相反应，即可得到铋钾双掺铝酸钇晶体粉料。
将上述原料放入铱金坩埚中，采用中频感应加热，使用yap晶体作为籽晶。采用czochralski提拉法沿b轴或a轴方向生长，按照引晶、缩颈、放肩、等径、收尾的程序生长铋钾双掺铝酸钇晶体；工艺参数为：拉速0.5～1.5mm/h，转速为：6～16r/min，晶体降温速度为20～30℃/h。
将得到晶体在空气中退火，退火温度为1100～1200℃，保温时间为10～30小时，升降速度为40～50℃/h。
实施例四
本实施例中选用纯度大于99.999％的原料y2o3、al2o3、bi2o3和k2co3，采用czochralski提拉法进行晶体生长，其中铋离子的掺杂浓度为0.1at.％，钾离子的掺杂浓度为0.1at.％。将准确称量好的原料混合研磨均匀，压片后，放入ф80×100mm3的刚玉干锅中，在马弗炉中于1200℃固相反应10个小时。将合成好的样品放入ф60×40mm3的铂金坩埚中，在氮气气氛中提拉单晶，晶体转速为12r/min，拉速为1.2mm/h。成功生长了尺寸为ф25×35mm3的高质量的铋钾双掺铝酸钇近红外激光晶体。
实施例五
本实施例中选用纯度大于99.999％的原料y2o3、al2o3、bi2o3和k2co3，采用czochralski提拉法进行晶体生长，其中铋离子的掺杂浓度为1.50at.mol％，钾离子的掺杂浓度为2.00at.％。将准确称量好的原料混合研磨均匀，压片后，放入ф100×100mm3的刚玉干锅中，在马弗炉中于1100℃固相反应8个小时。将合成好的样品放入ф60×40mm3的铂金坩埚中，在氮气气氛中提拉单晶，晶体转速为14r/min，拉速为1.1mm/h。成功生长了尺寸为ф30×35mm3的高质量的铋钾双掺铝酸钇近红外激光晶体。
实施例六
本实施例中选用纯度大于99.999％的原料y2o3、al2o3、bi2o3和k2co3，采用czochralski提拉法进行晶体生长，其中铋离子的掺杂浓度为15.00at.mol％，钾离子的掺杂浓度为1.00at.％。将准确称量好的原料混合研磨均匀，压片后，放入ф100×100mm3的刚玉干锅中，在马弗炉中于1150℃固相反应9个小时。将合成好的样品放入ф60×40mm3的铂金坩埚中，在氮气气氛中提拉单晶，晶体转速为13r/min，拉速为1.0mm/h。成功生长了尺寸为ф28×35mm3的高质量的铋钾双掺铝酸钇近红外激光晶体。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。