专利名称：短波受激发射激光晶体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种短波受激发射激光晶体，是属于信息功能材料领域中的激光晶体。
背景技术：
1973年，前苏联科学家С.Н.Бодруг等在俄文期刊《光学与光谱学》第34卷第2期312页[Оптика и Спектраскопия，ТоМ.XXXIV，Вып.2，312(1973)]上发表论文预言二价铕离子激活的复合氟化物晶体，由于f→d跃迁宽而强的吸收可以保证有效的泵浦，所以4f7(6P7/2)→4f7(8S7/2)跃迁产生的线状发射有可能实现激光振荡。但多年来一直未得到实验验证。
发明内容
本发明的目的在于提供一种短波受激发射激光晶体，因为氟化镁钾属立方钙钛矿结构晶体，是强离子性化合物，将其作为基质掺入少量三氟化铕作为激活剂后，三氟化铕中的三价铕离子则会转换成二价铕离子进入基质并占据一价钾离子格位，由于三价铈离子和三价钆离子在掺铕的氟化镁钾晶体中对二价铕离子都存在能量传递过程，对二价铕离子线发射具有敏化作用，所以在氟化镁钾晶体中双掺三氟化铕和三氟化铈，或者双掺三氟化铕和三氟化钆，晶体的光学增益都得到了明显改善，三氟化铈和三氟化钆是敏化剂；晶体受激发射波长为360nm；其净光学增益系数掺铕的氟化镁钾晶体为每厘米11.4±3.2；双掺铕和铈的氟化镁钾晶体为每厘米14.5±6.5；双掺铕和钆的氟化镁钾晶体为每厘米20.2±3.6。
本发明的技术方案如下短波受激发射激光晶体包括二价铕离子激活的氟化镁钾晶体、二价铕离子激活的三价铈离子敏化的氟化镁钾晶体及二价铕离子激活的三价钆离子敏化的氟化镁钾晶体。
短波受激发射激光晶体的制备方法是原料分析纯氟化钾、分析纯氟化镁、自制的三氟化铕、自制的三氟化铈和自制的三氟化钆，化学表达式分别为KF、MgF2、EuF3、CeF3和GdF3。
1、将原料氟化钾和氟化镁分别装入加盖的刚玉坩埚并置于真空干燥箱内；在150℃，20mmHg条件下干燥至完全脱水；2、室温下称取脱水后的氟化钾3.8167-3.8454克、氟化镁4.1168-4.1320克，称取自制的三氟化铕0.0277-0.0411克，或将自制的三氟化铈0.0378克及自制的三氟化钆0.0411克也掺入，在玛瑙乳钵中研混；盛入体积为φ10×80mm的石墨坩埚并将其放入生长单晶用的单晶炉的升降台上，抽真空至10-2mmHg，充氮气至1.3大气压；3、缓慢升温至1125℃，恒温4h，以4mm/h的速度下降坩埚至晶体生长完毕，停止下降；4、缓慢降温至300℃，自然冷却至室温；打开排气阀使单晶炉内外气压平衡，启开炉罩取出单晶。
采用坩埚下降法生长下列单晶体掺铕的氟化镁钾、双掺三氟化铕和三氟化铈的氟化镁钾及双掺三氟化铕和三氟化钆，化学表达式分别为K1-xEuxMgF3、K1-x-yEuxCeyMgF3和K1-x-zEuxGdzMgF3，其中x＝0.002-0.0029、y＝0.002-0.0029、z＝0.002-0.0029。x、y和z均为摩尔量。
本发明积极效果是以特征激发谱峰波长312nm激发，得到的发射光谱峰值位于360nm，半高宽0.5nm。采用放大的自发辐射技术，以掺钕钇铝石榴石激光器四次谐波波长267nm为光源，测定了晶体发射强度随测定距离变大而产生的增强，并求得净光学增益系数。实验结果证明了掺铕的氟化镁钾、双掺三氟化铕和三氟化铈的氟化镁钾及双掺三氟化铕和三氟化钆三种晶体是具有短波受激发射的激光晶体。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1K0.9980Eu0.0020MgF3晶体单晶生长将原料氟化钾和氟化镁分别装入加盖的刚玉坩埚并置于真空干燥箱内，150℃，20mmHg条件下干燥至完全脱水。室温下称取脱水后的氟化钾3.8454克、氟化镁4.1320克，称取自制的三氟化铕0.0277克，在玛瑙乳钵中研混，盛入体积为φ10×80mm的石墨坩埚并将其放入生长单晶用的单晶炉的升降台上，抽真空至10-2mmHg，充氮气至1.3大气压。缓慢升温至1125℃，恒温4h，以4mm/h的速度下降坩埚至晶体生长完毕，停止下降。缓慢降温至300℃，自然冷却至室温。打开排气阀使单晶炉内外气压平衡，启开炉罩取出单晶。
光学增益测量以掺钕钇铝石榴石激光器四次谐波波长267nm为光源，采用放大的自发辐射技术测量360nm发射光谱的发射随测量距离增长产生的增强。距离范围为0-10厘米。由5个实验点的拟合曲线求得的净光学系数为每厘米11.3±6.6。
实施例2K0.9971Eu0.0029MgF3晶体单晶生长将原料氟化钾和氟化镁分别装入加盖的刚玉坩埚并置于真空干燥箱内，150℃，20mmHg条件下干燥至完全脱水。室温下称取脱水后的氟化钾3.8387克、氟化镁4.1285克，称取自制的三氟化铕0.0402克，在玛瑙乳钵中研混，盛入体积为φ10×80mm的石墨坩埚并将其放入生长单晶用的单晶炉的升降台上，抽真空至10-2mmHg，充氮气至1.3大气压。缓慢升温至1125℃，恒温4h，以4mm/h的速度下降坩埚至晶体生长完毕，停止下降。缓慢降温至300℃，自然冷却至室温。打开排气阀使单晶炉内外气压平衡，启开炉罩取出单晶。
光学增益测量以掺钕钇铝石榴石激光器四次谐波波长267nm为光源，采用放大的自发辐射技术测量360nm发射光谱的发射随测量距离增长产生的增强。距离范围为0-10厘米。由5个实验点的拟合曲线求得的净光学系数为每厘米11.4±3.6。
实施例3K0.9942Eu0.0029Ce0.0029MgF3晶体单晶生长将原料氟化钾和氟化镁分别装入加盖的刚玉坩埚并置于真空干燥箱内，150℃，20mmHg条件下干燥至完全脱水。室温下称取脱水后的氟化钾3.8182克、氟化镁4.1185克，称取自制的三氟化铕0.0401克，自制的三氟化铈0.0378克，在玛瑙乳钵中研混，盛入体积为φ10×80mm的石墨坩埚并将其放入生长单晶用的单晶炉的升降台上，抽真空至10-2mmHg，充氮气至1.3大气压。缓慢升温至1125℃，恒温4h，以4mm/h的速度下降坩埚至晶体生长完毕，停止下降。缓慢降温至300℃，自然冷却至室温。打开排气阀使单晶炉内外气压平衡，启开炉罩取出单晶。
光学增益测量以掺钕钇铝石榴石激光器四次谐波波长267nm为光源，采用放大的自发辐射技术测量360nm发射光谱的发射随测量距离增长产生的增强。距离范围为0-10厘米。由4个实验点的拟合曲线求得的净光学系数为每厘米14.5±6.5。
实施例4K0.9942Eu0.0029Gd0.0029MgF3晶体单晶生长将原料氟化钾和氟化镁分别装入加盖的刚玉坩埚并置于真空干燥箱内，150℃，20mmHg条件下干燥至完全脱水。室温下称取脱水后的氟化钾3.8167克、氟化镁4.1168克，称取自制的三氟化铕0.0400克，自制的三氟化钆0.0411克，在玛瑙乳钵中研混，盛入体积为φ10×80mm的石墨坩埚并将其放入生长单晶用的单晶炉的升降台上，抽真空至10-2mmHg，充氮气至1.3大气压。缓慢升温至1125℃，恒温4h，以4mm/h的速度下降坩埚至晶体生长完毕，停止下降。缓慢降温至300℃，自然冷却至室温。打开排气阀使单晶炉内外气压平衡，启开炉罩取出单晶。
光学增益测量以掺钕钇铝石榴石激光器四次谐波波长267nm为光源，采用放大的自发辐射技术测量360nm发射光谱的发射随测量距离增长产生的增强。距离范围为0-10厘米。由4个实验点的拟合曲线求得的净光学系数为每厘米20.2±3.6。
权利要求
1.短波受激发射激光晶体，其特征在于受激发射激光晶体包括二价铕离子激活的氟化镁钾晶体、二价铕离子激活的三价铈离子敏化的氟化镁钾晶体及二价铕离子激活的三价釓离子敏化的氟化镁钾晶体；化学表达式分别为K1-xEuxMgF3、K1-x-yEuxCeyMgF3和K1-x-zEuxGdzMgF3，其中x＝0.002-0.0029、y＝0.002-0.0029、z＝0.002-0.0029。x、y和z均为摩尔量。
2.根据权利要求1所述的短波受激发射激光晶体，其特征在于选择氟化镁钾为基质，选择三氟化铕为激活剂，化学表达式为K1-xEuxMgF3，其中x＝0.002-0.0029，x为摩尔量。
3.根据权利要求1所述的短波受激发射激光晶体，其特征在于选择氟化镁钾为基质，选择三氟化铕为激活剂，选择三氟化铈为敏化剂。化学表达式为K1-x-yEuxCeyMgF3，其中x＝0.002-0.0029，y＝0.002-0.0029，x和y均为摩尔量。
4.根据权利要求1所述的短波受激发射激光晶体，其特征在于选择氟化镁钾为基质，选择三氟化铕为激活剂，选择三氟化釓为敏化剂；化学表达式为K1-x-yEuxGdzMgF3，其中x＝0.002-0.0029，z＝0.002-0.0029，x和z均为摩尔量。
5.根据权利要求1所述的短波受激发射激光晶体，其特征在于其制备方法是原料包括分析纯氟化钾、分析纯氟化镁、自制的三氟化铕、自制的三氟化铈和自制的三氟化釓，化学表达式分别为KF、MgF2、EuF3、CeF3和GdF3；(1)、将原料氟化钾和氟化镁分别装入加盖的刚玉坩埚并置于真空干燥箱内；在150℃，20mmHg条件下干燥至完全脱水；(2)、室温下称取脱水后的氟化钾3.8167-3.8454克、氟化镁4.1168-4.1320克，称取自制的三氟化铕0.0277-0.0411克，或将自制的三氟化铈0.0378克及自制的三氟化釓0.0411克也掺入，在玛瑙乳钵中研混；盛入体积为φ10X80mm的石墨坩埚并将其放入生长单晶用的单晶炉的升降台上，抽真空至10-2mmHg，充氮气至1.3大气压；(3)、缓慢升温至1125℃，恒温4h，以4mm/h的速度下降坩埚至晶体生长完毕，停止下降；(4)、缓慢降温至300℃，自然冷却至室温；打开排气阀使单晶炉内外气压平衡，启开炉罩取出单晶。
全文摘要
本发明涉及一种短波受激发射激光晶体，属于信息功能材料领域中的激光晶体，在氟化镁钾基质中掺入激活剂三氟化铕后，三氟化铕中的三价铕离子全部转换成了二价铕离子并占据氟化镁钾中的一价钾离子；这些晶体包括二价铕离子激活的氟化镁钾晶体、二价铕离子激活的三价铈离子敏化的氟化镁钾晶体及二价铕离子激活的三价钆离子敏化的氟化镁钾晶体。三价铕离子的掺杂浓度x＝0.002－0.0029，三价铈离子的掺杂浓度y＝0.002－0.0029，三价钆离子掺杂浓度z＝0.002－0.0029，其中x、y和z均为摩尔量。晶体受激发射波长为360nm；其净光学增益系数掺铕的氟化镁钾晶体为每厘米11.4±3.2；双掺铕和铈的氟化镁钾晶体为每厘米14.5±6.5；双掺铕和钆的氟化镁钾晶体为每厘米20.2±3.6。
文档编号C30B11/00GK1763269SQ20051001713
公开日2006年4月26日 申请日期2005年9月14日 优先权日2005年9月14日
发明者石春山, 闫景辉 申请人:石春山, 闫景辉