专利名称：一种偏硼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偏硼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，研究较多的硼酸盐激光基质晶体主要有YAl3(BO3)4、GdAl3(BO3)4、YCa4O(BO3)3、GdCa4O(BO3)3等。这些晶体的物化性能稳定，制备成本低廉，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RxM1-x(BO2)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+:M(BO2)3，该类晶体属于单斜晶系，空间群为I2/a。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300nm至3000nm波段透明。
该类激光晶体还可进一步掺杂其他的过渡族或稀土离子作为敏化剂，以提高激光运转效率。
本发明采用如下生长制备工艺称取符合RxM1-x(BO2)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2.0mol％左右的B2O3一起置于玛瑙研钵中研磨混合均匀。用油压机以2.5吨/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，分别在450℃和950℃各烧结数小时。烧结好的原料熔化后，将装料的坩锅置于晶体提拉生长炉中，调整控制熔化温度及恒温时间。生长的条件为熔化温度1140℃左右，在高出熔化温度20℃左右恒温2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1.5～2mm/h，转速20～40rpm，纵向的固液界面温度差为10～50℃，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RxM1-x(BO2)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，而且便于生长。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。
具体实施例方式
实例1称取2.48g的Nd2O3、117.6g的La2O3和78.5g的B2O3，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吨/cm2的压强压成薄片，分别在450℃和950℃各烧结数小时。烧结好的原料装入φ40×40mm3的铂坩埚熔化后，将装料的坩锅置于晶体提拉生长炉中。生长的条件为熔化温度1140℃左右，在高出熔化温度20℃左右恒温2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1.5～2mm/h，转速20～40rpm，纵向的固液界面温度差为10～50℃，最后退火完成生长过程。生长得到尺寸大于φ15×20mm3的Nd0.02La0.98(BO2)3优质透明单晶。该晶体在空气中不潮解，其单胞参数为a＝7.956，b＝8.161，c＝6.499，α＝γ＝90°，β＝93.63°。该晶体在1061nm处的发射截面为1.5×10-19cm2，荧光寿命在60～70微秒之间，利用波长为632.8nm的氦氖激光测量，其折射率为na＝1.66，nb＝1.77。
实例2称取2.82g的Er2O3、117.6g的La2O3和78.5g的B2O3，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吨/cm2的压强压成薄片，分别在450℃和950℃各烧结数小时。烧结好的原料装入φ40×40mm3的铂坩埚熔化后，将装料的坩锅置于晶体提拉生长炉中。生长的条件为熔化温度1140℃左右，在高出熔化温度20℃左右恒温2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1.5～2mm/h，转速20～40rpm，纵向的固液界面温度差为10～50℃，最后退火完成生长过程。生长得到尺寸大于φ15×20mm3的Er0.02La0.98(BO2)3优质透明单晶。
实例3称取7.26g的Yb2O3、114.0g的La2O3和78.5g的B2O3，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吨/cm2的压强压成薄片，分别在450℃和950℃各烧结数小时。烧结好的原料装入φ40×40mm3的铂坩埚熔化后，将装料的坩锅置于晶体提拉生长炉中。生长的条件为熔化温度1140℃左右，在高出熔化温度20℃左右恒温2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1.5～2mm/h，转速20～40rpm，纵向的固液界面温度差为10～50℃，最后退火完成生长过程。生长得到尺寸大于φ15×20mm3的Yb0.05La0.95(BO2)3优质透明单晶。
权利要求
1.一种偏硼酸盐激光晶体，其特征在于该类晶体的分子式为RxM1-x(BO2)3，x的值在0到1之间变化；其中M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NdxLa1-x(BO2)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I2/a。
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Nd0.02La0.98(BO2)3，单胞参数为a＝7.956，b＝8.161，c＝6.499，α＝γ＝90°，β＝93.63°；该晶体在1061nm处的发射截面为1.5×10-19cm2，荧光寿命在60～70微秒之间，折射率为na＝1.66，nb＝1.77。
4.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Er0.02La0.98(BO2)3。
5.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Yb0.05La0.95(BO2)3。
6.一种权利要求2所述的激光晶体的制备方法，其特征为称取符合RxM1-x(BO2)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2.0mol％左右的B2O3研磨混合均匀，熔化温度1140℃，在高出熔化温度20℃恒温2小时，缓慢降温至熔点以上5℃，引入籽晶，经引种、放肩、等径生长，拉速1.5～2mm/h，转速20～40rpm，纵向的固液界面温度差为10～50℃。
7.如权利要求1所述的激光晶体，其特征在于该激光晶体掺杂其他的过渡族或稀土离子作为敏化剂。
8.一种权利要求1所述的激光晶体的生长制备方法，其特征在于所述的晶体由提拉法生长。
9.如权利要求1所述的激光晶体，其特征在于所述的激光晶体作为固体激光器工作物质。
10.如权利要求5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。
全文摘要
一种偏硼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。该类晶体的分子式为R
文档编号C30B29/22GK1664177SQ20041000718
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, 陈雨金, 罗遵度, 谭奇光 申请人:中国科学院福建物质结构研究所