本发明属于激光材料领域，特别涉及一种镨钐铥共掺杂可见激光晶体材料及应用。
背景技术：
激光晶体是可将外界提供的能量通过光学谐振腔转化为在空间和时间上相干的具有高度平行性和单色性激光的晶体材料，是晶体激光器的工作物质。激光晶体由发光中心和基质晶体两部分组成。大部分激光晶体的发光中心由激活离子构成，激活离子部分取代基质晶体中的阳离子形成掺杂型激光晶体。激活离子成为基质晶体组分的一部分时，则构成自激活激光晶体。
在可见波段激光器研究中，通过对相关晶体激光波长的倍频和混频技术已经获得了红绿蓝三基色激光输出，而在550nm到600nm黄光波段的相干辐射的研究并不多见，至今尚没有成熟的该波段固体相干光源。随着人们对黄色固体相干光源在生物医学、食品药品的检测、医疗美容、信息存储、通讯、军工、大气遥感等方面的广泛应用的重视，发展不同应用目的大功率或小功率、高效稳定和寿命较长的黄色固体相干光源迫在眉睫。利用现有发光晶体和各种新颖激光技术是当前发展黄色激光器的主要途径。综合国内外研究技术方案主要有三种：一是倍频红外激光获得黄光；二是拉曼激光，包括把短波长直接位移到黄色波段(直接位移型)和红外波段再通过变频技术获得黄光(位移变频淹)；三是对单晶体的双波长激光输出再和频获得黄光。
虽然经过几十年铒激光器已取得长足的发展，但是激光运转普遍存在有阈值高、重复频率低、斜率效率低、输出功率受限等问题，难以实现高重频、大功率率激光输出，限制了激光器的应用。
技术实现要素：
技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种镨钐铥共掺杂可见激光晶体材料。
技术方案：本发明提供的镨钐铥共掺杂可见激光晶体材料，其化学式为：gd3-x-y-zsmxprytmzsc2ga3o12；其中，0.1≤x≤0.3，0.05≤y≤0.15，0.15≤z≤0.23。
优选地，0.18≤x≤0.22，0.08≤y≤0.12，0.19≤z≤0.21。
更优选地，x＝0.20，y＝0.10，z＝0.20。
更优选地，所述晶体材料属于四方晶系，空间群为o10h-ia3d，晶胞参数a＝1.241nm、z＝8和d＝7.10g/cm3。
更优选地，所述晶体材料的吸收光谱中含有峰值为808nm的吸收峰。
更优选地，所述晶体材料的808nm的吸收峰截面积不小于1.94×10-19cm2。
更优选地，所述晶体材料在353nm泵浦下的荧光光谱中含有一个586nm的荧光发射峰，发射峰截面不小于3.59×10-21cm2。
更优选地，所述晶体材料的荧光输出时间不高于672fs。
更优选地，所述晶体材料的荧光寿命不低于2.4ms。
本发明还提供了上述镨钐铥共掺杂可见激光晶体材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：按化学式gd3-x-y-zsmxprytmzsc2ga3o12将gd2o3、pr2o3、sm2o3、tm2o3、sc2o3、ga2o3粉末按摩尔比进行称重后均匀混合，并压制成块；
(2)烧结：将步骤(1)中的料块装入第一坩埚中，并将第一坩埚置于烧结炉中，在1150-1180℃下烧结；
(3)晶体生长：将步骤(2)中的烧结料装入第二坩埚中，并将第二坩埚置于单晶炉中，用惰性气体完全置换单晶炉中的空气，晶体炉升温至1760-1790℃，晶体以一定速率开始生长，晶体炉以一定旋转速率旋转；
(4)降温：晶体生长结束后，在10-16h内降到室温。
步骤(1)中，所述gd2o3、pr2o3、sm2o3、tm2o3、sc2o3、ga2o3的纯度均为4n以上。
步骤(2)中，第一坩埚为氧化铝坩埚。
步骤(3)中，第二坩埚为铱坩埚，晶体生长速率为0.5-10mm/h，晶体炉旋转速率为5-25rpm。
本发明还提供了上述镨钐铥共掺杂可见激光晶体材料在激光器中的应用。
有益效果：本发明提供的镨钐铥共掺杂可见激光晶体材料制备工艺简单，制备工艺简单，荧光效率高，输出时间快，荧光效率高，能够实现黄色激光输出。
附图说明
图1为激光实验装置图。
具体实施方式
下面对本发明作出进一步说明。
本发明使用的gd2o3、pr2o3、sm2o3、tm2o3、sc2o3、ga2o3的纯度均为4n以上。
实施例1
镨钐铥共掺杂可见激光晶体材料，其化学式为：gd3-x-y-zsmxprytmzsc2ga3o12；其中，x＝0.20，y＝0.10，z＝0.20。
该镨钐铥共掺杂可见激光晶体材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：按化学式gd3-x-y-zsmxprytmzsc2ga3o12将gd2o3、pr2o3、sm2o3、tm2o3、sc2o3、ga2o3粉末按摩尔比进行称重后均匀混合，并压制成块；
(2)烧结：将步骤(1)中的料块装入第一坩埚中，并将第一坩埚置于烧结炉中，在1165℃下烧结；第一坩埚为氧化铝坩埚；
(3)晶体生长：将步骤(2)中的烧结料装入第二坩埚中，并将第二坩埚置于单晶炉中，用惰性气体完全置换单晶炉中的空气，晶体炉升温至1775℃，晶体以一定速率开始生长，晶体炉以一定旋转速率旋转；第二坩埚为铱坩埚；晶体生长速率为0.5-10mm/h，晶体炉旋转速率为15rpm；
(4)降温：晶体生长结束后，在13h内降到室温。
所述晶体材料属于四方晶系，空间群为o10h-ia3d，晶胞参数a＝1.243nm、z＝8和d＝7.11g/cm3。
实施例2
镨钐铥共掺杂可见激光晶体材料，其化学式为：gd3-x-y-zsmxprytmzsc2ga3o12；其中，x＝0.3，y＝0.05，z＝0.23。
该镨钐铥共掺杂可见激光晶体材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：按化学式gd3-x-y-zsmxprytmzsc2ga3o12将gd2o3、pr2o3、sm2o3、tm2o3、sc2o3、ga2o3粉末按摩尔比进行称重后均匀混合，并压制成块；
(2)烧结：将步骤(1)中的料块装入第一坩埚中，并将第一坩埚置于烧结炉中，在1150℃下烧结；第一坩埚为氧化铝坩埚；
(3)晶体生长：将步骤(2)中的烧结料装入第二坩埚中，并将第二坩埚置于单晶炉中，用惰性气体完全置换单晶炉中的空气，晶体炉升温至1760℃，晶体以一定速率开始生长，晶体炉以一定旋转速率旋转；第二坩埚为铱坩埚；晶体生长速率为0.5-10mm/h，晶体炉旋转速率为25rpm；
(4)降温：晶体生长结束后，在10h内降到室温。
所述晶体材料属于四方晶系，空间群为o10h-ia3d，晶胞参数a＝1.241nm、z＝8和d＝7.11g/cm3。
实施例3
镨钐铥共掺杂可见激光晶体材料，其化学式为：gd3-x-y-zsmxprytmzsc2ga3o12；其中，x＝0.1，y＝0.15，z＝0.15。
该镨钐铥共掺杂可见激光晶体材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：按化学式gd3-x-y-zsmxprytmzsc2ga3o12将gd2o3、pr2o3、sm2o3、tm2o3、sc2o3、ga2o3粉末按摩尔比进行称重后均匀混合，并压制成块；
(2)烧结：将步骤(1)中的料块装入第一坩埚中，并将第一坩埚置于烧结炉中，在1180℃下烧结；第一坩埚为氧化铝坩埚；
(3)晶体生长：将步骤(2)中的烧结料装入第二坩埚中，并将第二坩埚置于单晶炉中，用惰性气体完全置换单晶炉中的空气，晶体炉升温至1790℃，晶体以一定速率开始生长，晶体炉以一定旋转速率旋转；第二坩埚为铱坩埚；晶体生长速率为0.5-10mm/h，晶体炉旋转速率为5rpm；
(4)降温：晶体生长结束后，在16h内降到室温。
所述晶体材料属于四方晶系，空间群为o10h-ia3d，晶胞参数a＝1.242nm、z＝8和d＝7.10g/cm3。
实施例4
镨钐铥共掺杂可见激光晶体材料，其化学式为：gd3-x-y-zsmxprytmzsc2ga3o12；其中，x＝0.18，y＝0.12，z＝0.19。
其制备方法与实施例1基本相同。
所述晶体材料属于四方晶系，空间群为o10h-ia3d，晶胞参数a＝1.239nm、z＝8和d＝7.08g/cm3。所述晶体材料的吸收光谱中含有峰值为586nm的吸收峰；更优选地，所述晶体材料的586nm的吸收峰截面积不小于3.68cm2。
实施例5
镨钐铥共掺杂可见激光晶体材料，其化学式为：gd3-x-y-zsmxprytmzsc2ga3o12；其中，x＝0.22，y＝0.08，z＝0.21。
其制备方法与实施例1基本相同。
所述晶体材料属于四方晶系，空间群为o10h-ia3d，晶胞参数a＝1.243nm、z＝8和d＝7.07g/cm3。
实施例6激光实验
加工出尺寸为φ5mm×(10mm～20mm)的优质gd3-x-y-zsmxprytmzsc2ga3o12晶体器件，采用包括氙灯在内的合适的泵浦源进行激光实验。
实验装置如附图1所示。图中1是实施例1至5的gd3-x-y-zsmxprytmzsc2ga3o12晶体；2是包括氙灯在内的合适的泵浦源；3是对λ＝550～600nm波段中某个特定波长全反射的介质镜；4是对λ＝550～600nm波段中某个特定波长部分透射的介质镜；5是lpe-1a激光能量计。
测试其稀土离子掺杂浓度、吸收光谱、荧光光谱以及荧光衰减曲线，并采取j-0理论对吸收光谱进行了计算；测试353nm泵浦下的室温荧光光谱，发现在586nm处发射峰强度和宽度最大，采用f-l方程计算其发射截面，结果见下表。