专利名称：双掺镱钠离子钼酸锶激光晶体及其制备方法
技术领域：
本发明属于光电子功能材料技术领域中的人工晶体和晶体生长领域，尤其 是涉及一种作为固态激光器中的工作物质的激光晶体材料。
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。Yb3+为能级 结构最简单的激活离子，仅有一个基态*7/2和一个激发态^5/2，两者的能量间 隔约为lOOOOcm"，在晶场作用下，能级产生斯塔克分裂，形成准三能级的激光 运行机制。Yb3+吸收带在900—1100nm波长范围，能与InGaAs LD泵浦源有效 耦合，且吸收线宽(FWHM)宽，无需严格的温度控制即可获得匹配的LD泵浦源 的泵浦波长。Yb"的量子缺陷低，泵浦波长与激光输出波长非常接近，因此其本 征量子效率高，理论上可达90%，高的量子效率也使材料中的热负荷较低，仅为掺Nc^同种激光材料的三分之一左右。另夕卜，Y^+还有不存在激发态吸收、 上转换和交叉弛豫、荧光寿命长等特点。YbS+做为掺杂离子的这些特点使LD泵 浦的Yb^激光器在某些应用上明显优于Nc^激光器。
发明内容
本发明的目的在于研制一种适合使用LD泵浦的，新的激光晶体 Na+/Yb3+:SrMo04。该晶体属于四方晶系，具有14(1^空间群结构。其中Y^+是作 为激光激活离子，取代C^+的晶格位置，Na+作为价态补偿离子，取代(^2+的晶 格位置，保持结构的电中性。我们经过实验找到了以提拉法生长 Na+/Yb3+:SrM004晶体的较理想的生长条件，并生长出了高质量、较大尺寸的 Na+/Yb3+:SrMo04晶体(见实施例)。
具体的化学反应式如下
0.5xNa2CO3 + (l-2x)SrC03 + 0.5xYb2O3 + Mo03 -NaxYbxSr^MoC^ 十(l-1.5x)C02个
所用原料为:
药品名纯度厂家
Yb20399.999%中科院长春应用化学研究所
SrC0399.99%上海泗联化工有限公司
Na2C0399.99%上海五四化学试剂厂
M0O399.99%中国医药集团上海化学试剂公司
将反应物称样、混合、压片、烧结，Yb203则按所需浓度加入。在铂金坩锅中，
富氧气氛(空气)下提拉生长出晶体，晶体生长的参数为生长温度120(TC左右，提 拉速度为0.1~0.5毫米/小时，晶体转速为10-30转/分钟。
将生长出的Na+/Yb3+:SrM004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l4(w，晶胞参数为a=b=5.36A， c=11.87A， V=34lA3， Dc=4.86g/cm3， Yb"离子作为激光激活离子，其掺杂浓度 在8&11531.%之间，Na+离子作为价态补偿离子，其掺杂浓度在8 &1.-153[%之间。 将生长出的Na7Yb3+:SrMo04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，结果表明惨11.59at.% Y^+离子的Na+ZYb^SrMo04晶体的主 吸收峰在976nm处，吸收截面1.71xl(T2()cm2，吸收线宽(FWHM)为71 nm。另夕卜， 其在波长1020nm附近有强的荧光发射峰，在1022nm处发射跃迁截面为 1.22xlO'2Dcm2 ，发射线宽(FWHM)为44nm 。荧光寿命为878us 。由于 Na7Yb^SrMo04具有很宽的吸收和发射线宽，其适合于LD泵浦，可作为可调 谐和飞秒脉冲激光晶体。另外，Na+作为补偿离子实现Y^+在SrMo04中的高浓 度掺杂，掺杂浓度可达11.59站.％。高的Y^+掺杂浓度使其适合于作为微片激光 器中的增益介质。Na+ZYb^SrMo04晶体可用提拉法生长出质量优良的晶体，生 长速度较快，是一种有实际应用前景及使用价值的激光晶体。
具体实施例方式
实施例提拉法生长掺杂浓度为11.59at,。/。Y^+的Na7Y^+:SrMo04激光晶体。
按摩尔比Na2C03: SrC03: Mo03: Yb203 =1: 2: 6: 1准确称量好的Na2C03、 Yb203、 SrC03、 Mo03混合研磨均匀，压片后，放入O80X80mm3的刚玉坩锅中， 在马弗炉中于600'C固相反应24小时；取出后，重新研磨压片再升温至700°C 反应24小时。将合成好的以上样品放入056X41mmS的铂金坩锅中，在空气气 氛中提拉晶体，生长温度为1200°C，晶体转速为30转/分钟，拉速为0.5毫米/ 小时的情况下，生长出了尺寸为O20X35mm3的高质量的NaVY^+:SrMoO4晶体。 经ICP测试表明晶体中Yb"离子含量为11.59at.%。
权利要求
1. 一种双掺镱钠离子钼酸锶激光晶体，其特征在于该晶体的分子式为Na+/Yb3+:SrMoO4，属于四方晶系，空间群为I4(1)/a，晶胞参数为，，，Dc＝4.86g/cm3，Yb3+离子作为激光激活离子，其掺杂浓度在8at.-15at.％之间，Na+离子作为价态补偿离子，其掺杂浓度在8at.-15at.％之间。
2. —种权利要求1的双掺镱钠离子钼酸锶激光晶体的制备方法，其特征在于该晶体采用提拉法生长，生长温度1200'C，提拉速度0.1~0.5毫米/小时， 晶体转速10~30转/分钟。
3. —种权利要求1的双掺镱钠离子钼酸锶激光晶体的用途，其特征在于该 晶体用于固体激光器中作为激光工作物质，产生1020nm波长的激光输出。
全文摘要
双掺镱钠离子钼酸锶激光晶体及其制备方法，涉及人工晶体领域。采用提拉法，生长温度1200℃，10～30转/分钟的晶体转速，0.1～0.5毫米/小时的拉速，生长出了高光学质量、较大尺寸的Na<sup>+</sup>/Yb<sup>3+</sup>∶SrMoO<sub>4</sub>晶体。该晶体属四方晶系，空间群为I<sub>4(1)/a</sub>，光谱分析表明，该晶体具有宽的吸收和发射线宽，适合于采用LD泵浦，可作为可调谐和飞秒脉冲激光晶体，产生1020nm左右波长的激光输出。
文档编号C30B29/10GK101457398SQ20071000997
公开日2009年6月17日 申请日期2007年12月11日 优先权日2007年12月11日
发明者庄任重, 张莉珍, 林州斌, 王国富 申请人:中国科学院福建物质结构研究所