专利名称：一种钨酸盐激光晶体及其制备方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光晶体领域，尤其是涉及可应用于固体激光的一类钨酸盐晶体及其生长制备。
背景技术：
固体激光器具有器件紧凑、激光光束质量高、运行稳定可靠等优点。目前的固体激光器大多采用激光晶体作为其工作物质。激光晶体一般由基质晶体和激活离子(过渡族或稀土离子)两部分构成。基质晶体一方面是一个分散固定激活离子的“支架”，它使激活离子的相互作用不致太强，保证了激光发射所要求的线状光谱特性；另一方面它在激活离子光谱线的位移、分裂、加宽、能量转移以及激光发射不可少的辐射和无辐射过程中起着重要作用。目前，研究较多的钨酸盐激光基质晶体主要有KY(WO4)2、KGd(WO4)2、PbWO4等。这些晶体不仅物化性能稳定，制备成本低廉，而且具有较强的受激拉曼效应，可以通过自身的受激拉曼效应将输出激光的波长适当移动，以更适合应用的需要，因而受到广泛的关注。
发明内容
本发明的激光晶体的分子式为R2xM2(1-x)(WO4)3，其中M为稀土或三价过渡金属元素，即为Ti、Cr、Y、Sc、以及镧系元素中某一元素或若干元素的组合，R3+为根据泵浦源、激光腔和应用需要等因素确定的部分替代晶体基质中M3+离子位置的某种稀土或过渡金属离子(R＝Ti、Cr、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb等)，一般称之为激活离子，x的值可以根据掺杂离子种类和激光运转需要在0到1之间变化。该类激光晶体的分子式也可写成R3+:M2(WO4)3。该类晶体属于单斜晶系，空间群为C2/c。该晶体在空气中不潮解。该类晶体除了镧系或过渡金属元素带来的特征谱线外，在350nm至3000nm波段透明。
本发明提供的激光晶体可掺杂过渡族或稀土离子作为敏化剂。
本发明采用如下生长制备工艺称取符合R2xM2(1-x)(WO4)3摩尔比的稀土或三价过渡金属氧化物M2O3、过渡族或稀土氧化物R2O3和过量1.5mol％左右的WO3一起置于玛瑙研钵中研磨混合均匀。用油压机以2.5顿/cm2的压强压成薄片，装入在晶体生长温度区间不出现变形、软化和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，置于马弗炉中在950℃烧结24小时。然后将固相反应合成的产物装入坩埚，置于晶体提拉生长炉中，升温熔化。生长的条件为熔化温度1090℃左右，在高出熔点30℃左右恒温3小时，缓慢降温至熔点以上5℃左右，引入籽晶。经引种、放肩、等径生长，拉速0.5～1mm/h，转速15～20rpm，纵向的固液界面温度差为10～30℃，最后退火完成生长过程，获得满足激光工作需要的高光学质量单晶体。
本发明的R2xM2(1-x)(WO4)3类晶体具有良好的光学、机械和热导性能，较高的化学稳定性，较强的受激拉曼效应，而且可以用提拉法生长，制备成本较低。该类晶体可作为固体激光器的工作介质，被闪光灯、半导体激光或其他光源泵浦而输出固体激光。还可以通过自身的拉曼效应在一定波长范围内输出一系列不同波长的激光。
具体实施例方式
实例1称取2.76g的Nd2O3、86.33g的La2O3和192.85g的WO3，将这三种原料一起置于玛瑙研钵中研磨混合均匀，用油压机以2.5顿/cm2的压强压成薄片，置于马弗炉中在950℃烧结24小时。然后将固相反应合成的产物装入φ40×40mm3的铂坩埚，置于晶体提拉生长炉中，升温熔化。生长的条件为熔化温度1090℃左右，在高出熔点30℃左右恒温3小时，缓慢降温至熔点以上5℃左右，引入籽晶。经引种、放肩、等径生长，拉速0.5～1mm/h，转速15～20rpm，纵向的固液界面温度差为10～30℃，最后退火完成生长过程。生长得到尺寸大于φ15×20mm3的优质透明单晶Nd0.06La1.94(WO4)3。该晶体在空气中不潮解，其单胞参数为a＝7.878，b＝11.839，c＝11.657，α＝γ＝90°，β＝109.3°，D＝6.52g/cm3。该晶体1060nm波长处的折射率为1.96，1058nm处的发射截面为1.12×10-19cm2，荧光寿命为112微秒。
实例2称取2.10g的Er2O3、87.22g的La2O3和192.80g的WO3，将这三种原料一起置于玛瑙研钵中研磨混合均匀，用油压机以2.5顿/cm2的压强压成薄片，置于马弗炉中在950℃烧结24小时。然后将固相反应合成的产物装入φ40×40mm3的铂坩埚，置于晶体提拉生长炉中，升温熔化。生长的条件为熔化温度1090℃左右，在高出熔点30℃左右恒温3小时，缓慢降温至熔点以上5℃左右，引入籽晶。经引种、放肩、等径生长，拉速0.5～1mm/h，转速15～20rpm，纵向的固液界面温度差为10～30℃，最后退火完成生长过程。生长得到尺寸大于φ15×20mm3的优质透明单晶Er0.04La1.96(WO4)3。该晶体1550nm波长处的折射率为1.94，1535nm处的发射截面为4.14×10-21cm2，荧光寿命为5.74毫秒。
实例3称取5.55g的Yb2O3、87.23g的La2O3和199.0g的WO3，将这三种原料一起置于玛瑙研钵中研磨混合均匀，用油压机以2.5顿/cm2的压强压成薄片，置于马弗炉中在950℃烧结24小时。然后将固相反应合成的产物装入φ40×40mm3的铂坩埚，置于晶体提拉生长炉中，升温熔化。生长的条件为熔化温度1090℃左右，在高出熔点30℃左右恒温3小时，缓慢降温至熔点以上5℃左右，引入籽晶。经引种、放肩、等径生长，拉速0.5～1mm/h，转速15～20rpm，纵向的固液界面温度差为10～30℃，最后退火完成生长过程。生长得到尺寸大于φ15×20mm3的优质透明单晶Yb0.1La1.9(WO4)3。该晶体吸收光谱的峰值为975nm，吸收截面为5.6×10-21cm2，半高宽为40nm；发射光谱的峰值为1010nm，发射截面为7.0×10-21cm2，半高宽为51nm。
权利要求
1.一种钨酸盐激光晶体，其特征在于该晶体的分子式为R2xM2(1-x)(WO4)3，x的值在0到1之间变化，其中M为Ti、Cr、Y或Sc或镧系元素中某一元素或若干元素的组合，R3+为Ti、Cr、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm或Yb。
2.如权利要求1所述的激光晶体，其特征在于该晶体的分子式为Nd2xLa2(1-x)(WO4)3，x的值在0到1之间变化，该类晶体属于单斜晶系，空间群为C2/c。
3.如权利要求2所述的激光晶体，其特征在于该晶体的分子式为Nd0.06La1.94(WO4)3，其单胞参数为a＝7.878，b＝11.839，c＝11.657，α＝γ＝90°，β＝109.3°，D＝6.52g/cm3，该晶体1060nm波长处的折射率为1.96，1058nm处的发射截面为1.12×10-19cm2，荧光寿命为112微秒。
4.如权利要求1或2所述的激光晶体，其特征在于该晶体在掺杂过渡族或稀土离子作为敏化剂。
5.如权利要求1或2所述的激光晶体，其特征在于采用半导体激光作为该固体激光器的泵浦源。
6.一种权利要求2的激光晶体的制备方法，其特征在于称取符合R2xM2(1-x)(WO4)3摩尔比的稀土或三价过渡金属氧化物M2O3、过渡族或稀土氧化物R2O3和过量1.5mol％左右的WO3研磨混合均匀，熔化温度1090℃，在高出熔点30℃恒温3小时，缓慢降温至熔点以上5℃，经引种、放肩、等径生长，拉速0.5～1mm/h，转速15～20rpm，纵向的固液界面温度差为10～30℃。
7.权利要求1或2的激光晶体的用途，其特征在于该晶体作为固体激光器工作物质。
全文摘要
一种钨酸盐激光晶体及其制备方法和用途，涉及激光晶体材料领域。该晶体的分子式为R
文档编号C30B15/00GK1664178SQ20041000718
公开日2005年9月7日 申请日期2004年3月2日 优先权日2004年3月2日
发明者黄艺东, 林秀钦, 齐孝定, 陈雨金, 罗遵度 申请人:中国科学院福建物质结构研究所