专利名称：宽带可调谐激光晶体掺铬碱金属钼、钨酸盐的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光晶体材料领域。
背景技术：
近几年来，可调谐固体激光器在工业、军事和科研等许多领域已经得到广泛的应用，人们越来越重视这一领域的研究工作，尤其受到人们关注的是以Cr3+作为激活离子的激光晶体。如采用红光LD泵浦的Cr3+:LSAF晶体已经实现了830～915nm的可调谐激光输出(Laperle P.Snell K J.GalameauP.95’CLEO technicla digest.P16)。
当Cr3+离子处于强晶场八面体中时，产生2E→4A2的跃迁，只能产生单色激光。而当Cr3+离子处于弱晶场八面体中时，产生4T2→4A2的跃迁，可以产生宽带激光。随着晶场的减弱，激光波长向长波长方向移动。由于3d3离子的能级—晶场关系特性使Cr3+离子的激光波长在短波长方面受到限制，不能通过更换基质，增大晶场强度来产生更短波长的可调谐激光，但是可以找到低场基质，研制出红移波段的可调谐激光晶体。影响晶场强度的因素在基质方面包括(1)晶胞大小，(2)阴离子种类，(3)被替代离子(半径)格位大小，(4)第二近邻离子(邬承就，人工晶体学报，22(4)(1993)384)。
由于阴离子基团MO42-中有高价阳离子M6+，在Cr3+:RA(MO4)2[R＝Li，Na，K；A＝Al，Sc；M＝Mo，W]这一类晶体中，Cr3+离子处于弱晶场八面体格位，可以产生宽带可调谐激光。通过变换组份M、R和A，微观调控晶体的结构，改变Cr3+离子八面体格位的晶场强度，从而可能改变激光可调谐波长范围。
目前，Cr3+:RA(MO4)2[R＝Li，Na，K；A＝Al，Sc；M＝Mo，W]是一类潜在的新型可调谐激光晶体材料，国际上有关这一类晶体的研究正处于起步的阶段，Spain和Bulgaria科学家I.Nikolov、X.Mateos等采用熔盐法生长出毫米级的Cr3+:NaAl(WO4)2晶体，初步研究了晶体的光谱特性，结果表明晶体有可能在700～1100nm波段产生可调谐激光(I.Nikolov et al.Optical Materials(2003)InPress；I.Nikolov et al.Journal of Alloys and Compounds 349(2003)341)而Bulgaria科学家I.Nikolov等研究了Li2O-Al2O3-WO3的相关系，采用熔盐法生长出很小的晶体，对晶体的物化性能进行了初步的研究(Journal of Alloys andCompounds 349(2003)341)随着时间的推移，预计Cr3+:RA(MO4)2[R＝Li，Na，K；A＝Al，Sc；M＝Mo，W]这一类晶体的研究将很快掀起高潮。
发明内容
本发明的目的在于公开一类能够在700nm～1100nm实现宽带可调谐的激光晶体材料Cr3+:RA(MO4)2[R＝Li，Na，K；A＝Al，Sc；M＝Mo，W](Cr3+掺杂浓度为0.1～0.5mol％)。
实现本发明目的技术方案是采用熔盐法生长Cr3+:RA(MO4)2[R＝Li，Na，K；A＝Al，Sc；M＝Mo，W](Cr3+掺杂浓度为0.1～0.5mol％)单晶，采用xmol.％R2O+ymol.％MO3作为助熔剂，所用原料为分析纯A2O3、R2CO3、MO5和光谱纯的Cr2O3。根据下列反应式进行配料Cr2O3的含量为x＝0.1～0.5mol％。原料称量后，用玛瑙研钵研磨混合均匀压片后装入Φ70mm×70mm的铂坩锅内，在700℃烧结一周，取出研磨混合均匀压片后重新烧结。然后取出放于Φ55mm×30mm的铂坩锅内，置于生长炉内，升温至原料熔化(880℃)，自发结晶，先生长出籽晶。然后用尝试籽晶法测定熔体的结晶点，在饱和度以上30℃左右将籽晶下至熔体中，半小时后降至饱和温度，开始以3℃/d的速率降温，籽晶转动速率为4.5-9rpm，生长20天后，将晶体提离熔体液面，然后以30℃/h的速率降至室温。
图1是采用直管氙灯泵浦Cr3+:RA(MO4)2[R＝Li，Na，K；A＝Al，Sc；M＝Mo，W](Cr3+掺杂浓度为0.1～0.5mol％)晶体棒的实验装置图；图2是采用自制的593nm波段的全固态激光光源作为泵浦源泵浦块状的Cr3+:RA(MO4)2[R＝Li，Na，K；A＝Al，Sc；M＝Mo，W](Cr3+掺杂浓度为0.1～0.5mol％)可调谐激光晶体的实验装置图。
具体实施例方式
实施例1采用熔盐法生长Cr3+:NaAl(WO4)2(Cr3+掺杂浓度为0.1mol％)单晶，采用(32.5～40)mol％R2O+(67.5～60)mol％MO3作为助熔剂，所用原料为分析纯Al2O3、Na2CO3、WO5和光谱纯的Cr2O3。根据下列反应式进行配料Cr2O3的含量为x＝0.1mol％。原料称量后，用玛瑙研钵研磨混合均匀压片后装入Φ70mm×70mm的铂坩锅内，在700℃烧结一周，取出研磨混合均匀压片后重新烧结。然后取出放于Φ55mm×30mm的铂坩锅内，置于生长炉内，升温至原料熔化(约880℃)，自发结晶，先生长出籽晶。然后用尝试籽晶法测定熔体的结晶点(约880℃)，在饱和度以上30℃左右将籽晶下至熔体中，半小时后降至饱和温度，开始以3℃/d的速率降温，籽晶转动速率为4.5rpm，生长20天后，将晶体提离熔体液面，然后以30℃/h的速率降至室温。
实施例2采用熔盐法生长Cr3+:LiAl(WO4)2(Cr3+掺杂浓度为0.1～0.5mol％)单晶，采用(10～40)mol％R2O+(57.5～60)mol％MO3作为助熔剂，所用原料为分析纯Al2O3、Li2CO3、WO5和光谱纯的Cr2O3。根据下列反应式进行配料Cr2O3的含量为x＝0.5mol％。原料称量后，用玛瑙研钵研磨混合均匀压片后装入Φ70mm×70mm的铂坩锅内，在800℃烧结一周，取出研磨混合均匀压片后重新烧结。然后取出放于Φ55mm×30mm的铂坩锅内，置于生长炉内，升温至原料熔化(约880℃)，自发结晶，先生长出籽晶。然后用尝试籽晶法测定熔体的结晶点(约880℃)，在饱和度以上30℃左右将籽晶下至熔体中，半小时后降至饱和温度，开始以3℃/d的速率降温，籽晶转动速率为9rpm，生长20天后，将晶体提离熔体液面，然后以30℃/h的速率降至室温。
实施例3采用直管氙灯泵浦Cr3+:RA(MO4)2[R＝Li，Na，K；A＝Al，Sc；M＝Mo，W](Cr3+掺杂浓度为0.1～0.5mol％)晶体棒。实验装置如附图1.图中1是Cr3+:RA(MO4)2(Cr3+掺杂浓度为0.1～0.5mol％)晶体棒；2是直管氙灯；3是对λ＝700nm～1100nm波长全反射的介质镜；4是对λ＝700nm～1100nm波长透射的介质镜；5是LPE-1A激光能量计；6是脉冲激光电源；7是聚光腔，为单椭圆腔，激光棒和泵浦光源分别置于其中的一个焦点上。该单椭圆腔的长轴2a＝10mm，短轴为2b＝8.5mm，内侧抛光镀银。LPE-1A能量计用于测量激光输出能量。如果把脉冲氙闪光灯换成重复率脉冲氙灯或连续发光的氪灯，则可以作成重复或连续的可调谐固体激光器，这时最好采用冷却装置，可以采用水冷、风冷或半导体致冷。
实施例4采用自制的593nm波段的全固态激光光源作为泵浦源泵浦块状的Cr3+:RA(MO4)2[R＝Li，Na，K；A＝Al，Sc；M＝Mo，W](Cr3+掺杂浓度为0.1～0.5mol％)可调谐激光晶体。实验装置如附图2.图中1是块状Cr3+:RA(MO4)2(Cr3+掺杂浓度为0.1～0.5mol％)晶体；2是自制的593nm波段的全固态激光泵浦源；3是对λ＝700nm～1100nm波长全反射和对593nm透射的介质镜；4是对λ＝700nm～1100nm波长全透射和对593nm全反射的介质镜；5是LPE-1A激光能量计；
权利要求
1.一种宽带可调谐激光晶体Cr3+:RA(MO4)2，其特征在于，R是Li或Na或K；A是Al或Sc；M是Mo或W，Cr3+掺杂浓度为0.1～0.5mol％，该晶体在700nm～1100nm实现宽带可调谐激光输出。
2.一种权利要求1的Cr3+:RA(MO4)2晶体的生长方法，其特征在于，采用熔盐法生长Cr3+:RA(MO4)2单晶，Cr3+掺杂浓度为0.1～0.5mol％，以(32.5～40)mol％R2O+(67.5～40)mol％MO3作为助熔剂。
3.一种权利要求1的Cr3+:RA(MO4)2晶体的用途，其特征在于，该晶体用于可调谐固体激光器。
全文摘要
本发明涉及激光晶体材料领域，它阐述一种宽带可调谐激光晶体Cr
文档编号H01S3/16GK1622403SQ20031011525
公开日2005年6月1日 申请日期2003年11月27日 优先权日2003年11月27日
发明者涂朝阳, 朱昭捷, 李坚富, 游振宇, 吴柏昌, 王燕, 黄燕 申请人:中国科学院福建物质结构研究所