专利名称：Yb和Er双掺杂钨酸铅晶体上转换材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种钨酸铅晶体上转换材料及其制备方法。
技术背景近年来对Er掺杂材料的性能研究越来越多，包括红外-可见光上转换，Er 的光学和电学性质研究，加上激光二极管的进步和发展，使Er掺杂和发光的 研究得到空前的重视，不断寻找合适的基质，进行Er的掺杂实验。钨酸铅晶 体不仅满足Er掺杂和发光的条件，而且由于其光学透明度好、光密度大、辐 照硬度强、物化性质稳定、热导率较高的优点，更有利于上转换激光器的小型 化，因此越来越受到人们的关注，但是Er掺杂钨酸铅晶体上转换材料的发光 强度低，致使上转换发光效率不高严重影响了实际应用。发明内容本发明目的是为了解决现有技术制备的Er掺杂钨酸铅晶体上转换材料的 发光弾度低的问题，而提供一种Yb和Er双掺杂钨酸铅晶体上转换材料及其 制备方法。本发明Yb和Er双掺杂钨酸铅晶体上转换材料由W03、 PbO、 E&Cb和 Yb203制成；其中WCb和PbO的摩尔比为1 : 1， Er203的掺杂浓度为0.1 3mol%， Yb203的掺杂浓度为0.1 3mol%。制备Yb和Er双掺杂钨酸铅晶体上转换材料的方法按以下步骤实现一、 称取W03、 PbO、 Er203和Yb203，其中\￥03和PbO的摩尔比为1:1， Er203 的掺杂浓度为0.1 3mol%， Yb203的掺杂浓度为0.1 3mol%; 二、将称取的 W03、 PbO、 Er2Ojn Yb2(V混合均匀后放入铂坩埚，然后置于1000 1100°C 的环捧中烧结l 3h，冷却至室温；三、采用提拉法生长晶体经引晶、縮颈、 放肩、收肩、等径生长、拉脱和退火程序，即得Yb和Er双掺杂鸨酸铅晶体 上转换材料；其中步骤三中引晶程序将经过烧结的多晶料升温至熔化，并保 持熔化温度30min，然后缓慢降低温度，至籽晶在熔体中不熔不化停止降温， 籽晶在此温度下继续生长。200810064784.9 本发明在Er掺杂钨酸铅晶体上转换材料中掺杂元素镱(Yb)， Yb能级间隙 约为10Vm"，覆盖范围广，能够被980nm LD激发，它的引入可以通过能量 传递导致共掺的稀土离子上转换发光的较大增强，在保留Er掺杂钨酸铅晶体 原有优良性能的基础上，提高了 Er掺杂钨酸铅晶体的绿光波段发光强度近三 倍。
图1为具体实施方式
十五中所得Yb和Er双掺杂钨酸铅晶体上转换材料 与现，Er掺杂钨酸铅晶体上转换材料的发光强度曲线谱图，其中a为Yb和 Er双掺杂钨酸铅晶体上转换材料的发光强度曲线，b为Er掺杂钨酸铅晶体上 转换材料的发光强度曲线。
具体实施方式
具体实施方式
一本实施方式Yb和Er双掺杂钨酸铅晶体上转换材料由 W03、 PbO、 Er20,tl ￥1)203制成；其中W。3和PbO的摩尔比为1:1， Er203 的掺杂浓度为0.1 3mol%， Yb203的掺杂浓度为0.1 3mol%。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一不同的是Yb和Er双掺 杂钨酸铅晶体上转换材料由W03、 PbO、 Ei"203和^203制成；其中WOs和 PbO.的摩尔比为1:1， Er203的掺杂浓度为0.5mol%， Yb203的掺杂浓度为 0.5mol%。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或二不同的是W03、PbO、 Er203和Yb203的质量纯度均高于99.99%。其它与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四本实施方式制备Yb和Er双掺杂鸽酸铅晶体上转换材 料的方法按以下步骤实现 一、称取\￥03、 PbO、 Er20jnYb203，其中W03 和PbO的摩尔比为1:1， Er203的掺杂浓度为0.1 3mol°/。， Yb203的掺杂浓 度为0.1 3mol%; 二、将称取的W03、 PbO、 Er203和￥1)203混合均匀后放入 铂坩埚，然后置于1000 110(TC的环境中烧结1 3h，冷却至室温；三、采用 提拉法生长晶体经引晶、縮颈、放肩、收肩、等径生长、拉脱和退火程序， 即得Yb和Er双掺杂钨酸铅晶体上转换材料；其中步骤三中引晶程序将经 过烧结的多晶料升温至熔化，并保持熔化温度30min，然后缓慢降低温度，至 籽晶在熔体中不熔不化停止降温，籽晶在此温度下继续生长。5第本实施方式晶体拉脱后退火可消除或减小晶体的热应力以及掺杂带来的 结构应力。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤一中称取W03、 PbO、 Er20^n Yb203，其中WCb和PbO的摩尔比为1:1， Er203的掺 杂浓度为0.5mol%， ^203的掺杂浓度为0.5mol%。其它步骤及参数与具体实 施方式四相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤二中置于 1050。C的环境中烧结2h，冷却至室温。其它步骤及参数与具体实施方式
四相 同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤三中引晶程 序中籽晶在不熔不化温度下继续生长2mm。其它步骤及参数与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤三中引晶、 放肩、收肩和等径生长程序中保30 45r/min的转速和2 4mm/h的晶体提拉 生长速度；在退火程序中晶体保持30 45r/min的旋转速度。其它步骤及参数 与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤三中縮颈程 序中将籽晶的直径縮细为3 4mm。其它步骤及参数与具体实施方式
四相同。本实施方式可以消除籽晶本身的光学缺陷，并将籽晶本身的位错缺陷引入 生长晶体的几率降到最低。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤三中等径生 长程序中温度以2°C/h的速度升温生长。其它步骤及参数与具体实施方式
四相 同。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤三中提拉轴向温度梯度液面上为40 50°C/cm、液面下为15 25°C/cm，提拉径向温 度梯度为4 6°C/cm。其它步骤及参数与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
十二本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤三中以 40 60°C/h的速度退火，降低温度至室温。其它步骤及参数与具体实施方式
四 相同。^体实施方式十三本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤三中等径 生长程序中温度以2'C/h的速度上升。其它步骤及参数与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤三中拉脱 程序中停止提拉后立即将晶体提升出液面。其它步骤及参数与具体实施方式
四 相同。
具体实施方式
十五本实施方式制备Yb和Er双掺杂钨酸铅晶体上转换材料的方法按以下步骤实现 一、称取W03、 PbO、 Er203和Yb203，其中W03 和PbO的摩尔比为l : 1， E&03的掺杂浓度为0.5mol%， ￥1)203的掺杂浓度为 0.5mol%; 二、将称取的W03、 PbO、 Er203和Yb203混合均匀后放入铂坩埚， 然后置于105(TC的环境中烧结2h，冷却至室温；三、采用提拉法生长晶体 经引晶、縮颈、放肩、收肩、等径生长、拉脱和退火程序，即得Yb和Er双 掺杂钨酸铅晶体上转换材料；其中步骤三中引晶程序将经过烧结的多晶料升 温至熔化，并保持熔化温度30min，然后缓慢降低温度，至籽晶在熔体中不熔 不化停止降温，籽晶在此温度下继续生长。本实施方式中所得Yb和Er双惨杂钨酸铅晶体上转换材料经C面定向切 割和光学质量级的表面抛光后进行测试，由图1中可以看出，Yb和Er双掺杂 钨酸铅晶体上转换材料在550nm绿光波段处的发光强度比Er掺杂鸨酸铅晶体 上转换材料的发光强度提高近三倍。
权利要求
1、Yb和Er双掺杂钨酸铅晶体上转换材料，其特征在于Yb和Er双掺杂钨酸铅晶体上转换材料由WO3、PbO、Er2O3和Yb2O3制成；其中WO3和PbO的摩尔比为1∶1，Er2O3的掺杂浓度为0.1～3mol％，Yb2O3的掺杂浓度为0.1～3mol％。
2、 根据权利要求1所述的Yb和Er双掺杂钨酸铅晶体上转换材料，其特 征在于Yb和Er双掺杂钨酸铅晶体上转换材料由W03、 PbO、 Er2Ojn Yb203 制成；其中WCb和PbO的摩尔比为1 : 1， Er203的掺杂浓度为0.5mol%， Yb203 的掺杂浓度为0.5mol%。
3、 根据权利要求1或2所述的Yb和Er双掺杂钨酸铅晶体上转换材料， 其特征在于W03、 PbO、 Er203和Yb203的质量纯度均高于99.99%。
4、 制备如权利要求1所述的Yb和Er双掺杂钨酸铅晶体上转换材料的方 法，其特征在于制备Yb和Er双掺杂钨酸铅晶体上转换材料的方法按以下步 骤实现 一、称取W03、 PbO、 Er2Ojn Yb203，其中W03和PbO的摩尔比为 1:1， Er203的掺杂浓度为0.1 3mol%， Yb203的掺杂浓度为0.1 3mol%; 二、 将称取的W03、PbO、Er203和Yb203混合均匀后放入铂坩埚，然后置于1000 IIO(TC的环境中烧结l 3h，冷却至室温；三、采用提拉法生长晶体经引晶、 縮颈、放肩、收肩、等径生长、拉脱和退火程序，即得Yb和Er双掺杂鸨酸 铅晶体上转换材料。
5、根据权利要求4所述的制备Yb和Er双惨杂钨酸铅晶体上转换材料的 方法，其特征在于步骤一中称取W03、 PbO、 Er203和Yb203，其中W03和PbO 的摩尔比为l : 1，Er2O3的掺杂浓度为0.5mol。/。，Yb2O3的掺杂浓度为0.5mo1。/。。
6、根据权利要求4所述的制备Yb和Er双掺杂鹆酸铅晶体上转换材料的 方法，其特征在于步骤二中置于105(TC的环境中烧结2h，冷却至室温。
7、 根据权利要求4所述的制备Yb和Er双掺杂钨酸铅晶体上转换材料的 方法，其特征在于步骤三中引晶程序中籽晶在不熔不化温度下继续生长2mm。
8、 根据权利要求4所述的制备Yb和Er双掺杂鸨酸铅晶体上转换材料的 方法，其特征在于步骤三中引晶、放肩、收肩和等径生长程序中保30 45r/min 的转速和2 4mm/h的晶体提拉生长速度;在退火程序中晶体保持30 45r/min的旋转速度。
9、 根据权利要求4所述的制备Yb和Er双掺杂钨酸铅晶体上转换材料的 方法，其特征在于步骤三中提拉轴向温度梯度液面上为40 50°C/cm、液面 下为15 25°C/cm，提拉径向温度梯度为4 6°C/cm。
10、 根据权利要求4所述的制备Yb和Er双掺杂鸨酸铅晶体上转换材料 的方法，其特征在于步骤三中等径生长程序中温度以2°C/h的速度升温生长。
全文摘要
Yb和Er双掺杂钨酸铅晶体上转换材料及其制备方法，它涉及一种钨酸铅晶体上转换材料及其制备方法。它解决了现有技术制备的Er掺杂钨酸铅晶体上转换材料的发光强度低的问题。本发明Yb和Er双掺杂钨酸铅晶体上转换材料由WO<sub>3</sub>、PbO、Er<sub>2</sub>O<sub>3</sub>和Yb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>制成。方法1.称取所需成分；2.烧结；3.采用提拉法生长晶体，即得Yb和Er双掺杂钨酸铅晶体上转换材料。本发明在Er掺杂钨酸铅晶体上转换材料中掺杂元素镱(Yb)，在保留Er掺杂钨酸铅晶体原有优良性能的基础上，提高了Er掺杂钨酸铅晶体的绿光波段发光强度近三倍。
文档编号C30B29/10GK101328614SQ20081006478
公开日2008年12月24日 申请日期2008年6月20日 优先权日2008年6月20日
发明者刘彦梅, 刘维海, 超 徐, 徐衍岭, 佳 王, 锐 王 申请人:哈尔滨工业大学