专利名称：掺铒钼酸钇钠激光晶体及其制备方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及光电子功能材料技术领域中的人工晶体和晶体生长领域。
背景技术：
激光晶体是固体激光器的工作物质，它是指以晶体为基质，通过分立的发光中心吸收泵浦光能量并将其转化为激光输出的发光材料。固体激光工作物质由基质材料和激活离子组成，其各种物理和化学性质主要由基质材料决定，而其光谱特性和荧光寿命等则由激活离子的能级结构决定。自1960年，研制成功人造红宝石脉冲激光器以来，迄今为止，已发现了数百种激光晶体，但因各种原因，能真正得到实际应用的激光晶体只有十来种。
目前，应用最广泛的激光晶体是掺钕离子的钇铝石榴石(YAG)晶体，其具有较好的各种物理和化学性能，且易于生长出高光学质量、大尺寸的优质晶体。但它存在着吸收谱线窄，不适宜于用LD来进行泵浦的缺点，而LD泵浦将是今后激光泵浦源的发展方向。
目前国内外都在积极寻找各种物理、化学性能和机械性能优异，且易于生长出高光学质量、大尺寸并适合于LD泵浦的优质激光晶体材料。Er3+离子的能级丰富，发射波长从可见到近红外共有九个跃迁通道，其中1.5μm和3.0μm两个波段的激光发射分别对应4I13/2→4I15/2和4I11/2→4I15/2能级之间的跃迁。1.5μm激光对人眼安全，人体细胞组织对3.0μm激光强烈吸收，因此以Er3+离子为激活离子的激光晶体在通讯和医疗等领域应用前景广阔。
发明内容
本发明的目的就在于研制一种新的激光晶体Er3+:NaY(MoO4)2，能够直接使用闪光灯和LD泵浦的，具有较高转换效率的激光晶体材料。
Er3+:NaY(MoO4)2晶体属于四方晶系，具有I4(1)/a空间群结构。其中铒离子是作为掺杂离子，取代钇离子的晶格位置，铒的掺杂浓度在1at.％左右时，荧光寿命(τ)为4～5ms，其荧光寿命是铒离子浓度的函数，可根据不同的需要掺入不同浓度的铒离子。实验结果表明其可输出550nm和1500nm左右波长的激光，可作为激光晶体。
Er3+:NaY(MoO4)2晶体是一种同成分熔化的化合物，是采用提拉法生长出的，按化学反应式Na2CO3+Y2O3+4MoO3＝2NaY(MoO4)2+CO2的比例进行称样、混合、压片、烧结，而Er2O3则按所需浓度加入。所用原料为
其主要生长条件如下生长是在铂金坩锅中、富氧气氛(空气)下进行，晶体生长的参数为生长温度1125℃，提升速度为0.5～1.0毫米/小时，晶体转速10～30转/分钟，生长出了高质量的Er3+:NaY(MoO4)2晶体。
将生长出的Er3+:NaY(MoO4)2晶体，在四圆衍射仪上进行了衍射数据的收集，结构分析表明，其属于四方晶系，空间群为I4(1)/a，晶胞参数为a＝b＝5.20，c＝11.33，V＝3063，Dc＝4.69g/cm3。
将生长出的Er3+:NaY(MoO4)2晶体进行偏振吸收光谱、荧光光谱及荧光寿命等的分析测试，结果表明掺0.98at.％Er3+离子的Er3+:NaY(MoO4)2晶体的主吸收峰在1500nm处，吸收系数为1.49cm-1，吸收截面2.33×10-20cm2(π偏振)，吸收系数为0.66cm-1，吸收截面1.04×10-20cm2(σ偏振)。另外，其在波长1500nm附近有强的荧光发射峰，σ偏振在1537nm处发射跃迁截面为0.93×10-20cm2，π偏振在1539nm处发射跃迁截面为1.11×10-20cm2，荧光寿命为4.67ms，因为荧光寿命长的晶体能在上能级积累更多的粒子，增加了储能，有利于器件输出功率和输出能量的提高。因此，Er3+:NaY(MoO4)2晶体能得到较大功率的激光输出，是一种高转换效率、低成本、高光学质量和有实际应用前景及使用价值的激光晶体。
Er3+:NaY(MoO4)2晶体可用提拉法非常容易地生长出质量优良的晶体，生长速度快；晶体的维氏硬度为314VDH，硬度适中，便于加工；该晶体c方向和a方向的热膨胀系数分别为2.53×10-5K-1和1.52×10-5K-1，比热在330K时为0.71J/g·K(即72.9cal/mol·K)，具有良好的导热性能；有优良的光学特性；很容易用闪光灯泵浦和LD泵浦获得激光输出，激光输出波长为550nm和1500nm左右，该晶体可作为一种较好的激光晶体。
具体实施例方式
提拉法生长掺杂浓度为1.0at.％Er3+的Er3+:NaY(MoO4)2激光晶体。
将按配比准确称量好的Na2CO3、Y2O3、MoO3、Er2O3混合研磨均匀，压片后，放入Φ80×80mm3的刚玉坩锅中，在马弗炉中于650℃固相反应24小时；取出后，重新研磨压片再升温至850℃反应24小时。将合成好的以上样品放入Φ50×40mm3的铂金坩锅中，采用提拉法，在空气气氛中，生长温度为1125℃，晶体转速为30转/分钟，拉速为1毫米/小时的情况下，生长出了尺寸为Φ21×42mm3的高质量的Er3+:NaY(MoO4)2晶体。经ICP测试表明晶体中Er3+离子含量为0.98at.％。
权利要求
1.一种掺铒钼酸钇钠激光晶体，其特征在于该晶体的分子式为Er3+:NaY(MoO4)2，Er3+离子掺杂浓度在0.5at.-10at.％之间，属于四方晶系，空间群为I4(1)/a，晶胞参数为a＝b＝5.20，c＝11.33，V＝3063，Dc＝4.69g/cm3。
2.一种权利要求1的掺铒钼酸钇钠激光晶体的制备方法，其特征在于该晶体采用提拉法生长。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的提拉法以Y2O3、Na2CO3、MoO3和Er2O3为原料，晶体生长的参数为生长温度1125℃，提升速度为0.5～1.0毫米/小时，晶体转速为10～30转/分钟。
4.一种权利要求1的掺铒钼酸钇钠激光晶体的用途，其特征在于该晶体用于固体激光器中作为激光工作物质。
全文摘要
掺铒钼酸钇钠激光晶体及其制备方法和用途，涉及人工晶体领域。采用提拉法(Czochralski方法)，在1125℃，以10～30转/分钟的晶体转速，0.5～1毫米/小时的拉速，生长出了高质量、较大尺寸的Er
文档编号H01S3/16GK101037805SQ20061006757
公开日2007年9月19日 申请日期2006年3月17日 优先权日2006年3月17日
发明者王国富, 李修芝, 林州斌, 张莉珍 申请人:中国科学院福建物质结构研究所