专利名称：一种铒镱共掺的钨酸镧钠新型可调谐激光晶体的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光晶体材料领域。
背景技术：
1.5txm波段激光是对人眼安全的光源，在光通讯、医疗、激光探测和测距 等领域具有广泛的应用。
掺E,离子的4113/2—4115/2跃迁可以产生 1. 54 u m波段的激射，但是其激光 效率很低，这主要是Er3+离子吸收泵浦源的效率很低引起的，为此，可以共掺 Yb3+离子来敏化E,离子，采用980mn波段的LD激光泵浦源抽运，实现Yb3+ 2F5/2 —Er" 4111/2的能量传递，从而提高泵浦效率。由于Er3+离子从泵浦能级4l^到激 光上能级4113/2的荧光分支比仅10 20%，所以一般情况下采用高声子能量的材 料作为激光基质材料，可以有利于4111/2到激光上能级4113/2的无辐射跃迁几率， 大幅度提高激光上能级4113/2的粒子布居比例，从而提高激光效率。例如，磷酸 盐玻璃的有效声子效率非常高( 1300cnf0，因此Er掺杂的磷酸盐激光玻璃在 1.54um波段的激光效率达到最高( 35%);然而山东大学采用980nm激光二 极管泵浦Yb:Er:Ca4Y0(B03)3晶体的连续激光运转的效率只有26%;中科院福建 物质结构研究所研制的Yb:Er:YAL(B03)4准连续激光运转的效率也只有21%。但 是激光输出效率仍然很低(〈40% )，究其原因，主要是高声子能量的基质固然 可以提高Er"离子从泵浦能级4111/2到激光上能级4113/2的无辐射跃迁几率，但是 同时也不可避免地增加了 Er"离子激光上能级4113/2到下能级4115/2的无辐射跃迁几率，从而降低了 1.54um波段的荧光量子效率，例如Yb:Er:Ca4Y0(B03)3 的4113/2能级的辐射寿命为6ms，而荧光寿命仅为1.26ms，即荧光量子效率仅21 %;而Er: YAB的量子效率仅7. 0%。
钨酸镧钠NaLa(W04)2晶体结构属于四方晶系，空间群为I41/a，晶胞参数 为a = 5. 349 A，c= 11.628 A，V= 332. 7 A3， Mr= 657.59, Dc = 6. 56 g/cm3 。 NaLa(W04)2晶体属于白钨矿(CaW04)结构，其中， 一价的Na+和三价的La"离子 共同无序占据了Ca2+离子的格位。因而该基质是属于无序结构，掺杂的光学性离 子处于不同的晶体场下，导致吸收和发射谱的非均匀性加宽。这样有利于稀土 离子进行LD泵浦和作为可调谐激光晶体。另一方面，稀土掺杂的NaLa(W04)2 晶体中，由于酸根共价键成份明显，多面体中氧离子受到邻近高价态鸨极化作 用而使激活离子的浓度猝灭效应，这有利于提高稀土离子的掺杂浓度。同时， NaLa(W04)2晶体具有良好的物化性能，不易潮解，适当的硬度。NaLa(W04)2 是同成分熔化，可以用提拉法得到较大尺寸的单晶。
显然地，NaLa(W04)2是一种优良的激光基质晶体，Yb:Er: NaLa(W04)2也 将是一种新型的、 1.5um波段的优质激光晶体，但是对于采用103作为基质 材料的激光晶体，目前研究的重点主要是集中在Nd和Yb激活的激光晶体，还 未见有Yb/Er离子共掺杂的NaLa(W04)2激光晶体的研究报道。我们测定了自己 生长的Yb:Er:NaLa(W04)2晶体，发现晶体在975 nm附近有一较强的吸收峰， 在^方向半高宽为48 nm，在o方向半高宽为56 nm，适合于半导体激光光源 作为泵浦源泵浦。晶体从1480 nm到1600 nm存在着一个宽带荧光发射峰，峰值波长为1534 nm，在o方向发射截面为5. 34X 10—2°cm2，在x方向发射截 面为5. 91 X 10—2Qcm2。高的发射截面使得Yb:Er: NaLa(W04)2晶体可以作为激光 增益介质，有望在1480 nm 1600 nm波段产生可调谐激光输出。
发明内容
本发明的目的在于公开一种能够实现 1. 54um波段可调谐激光输出的激光 晶体材料Yb:Er :NaLa(W04)2。 实现本发明目的技术方案
1. 一种新型的1480 nm 1600 nm波段稀土离子激活钨酸镧钠激光晶体，该晶 体材料的化学式为Yb:Er:NaLa(W04)2。
2. —种项1的激光晶体材料的制备方法，采用4N的Er203、 La203、 丫13203和分析 纯的Na2C0" W(U乍为原料，在大气气氛条件下采用提拉法生长晶体。
3. —种项1的激光晶体材料的用途，该材料用于实现1480 nm 1600 nm波段 可调谐激光输出。
掺E +离子的4I13/2—4115/2跃迁可以产生 1. 5 u m波段的激射，但是其激光效 率很低，为此，可以共掺YbS+离子来敏化E +离子，采用980nm波段的LD激光 泵浦源抽运，实现Yb3+ 2F5/2 —Er3+ 4111/2的能量传递，从而提高泵浦效率。 NaLa (W04) 2是一种优良的激光基质晶体，Yb: Er:NaLa (W04) 2也将是一种新型的、 1480 nm 1600 nm波段的优质可调谐激光晶体。
附图为激光实验装置。
具体实施例方式
实施例一Yb:Er:NaLa(W04)2晶体的生长制备
晶体提拉法生长所用的仪器是高频提拉炉，所采用的坩埚是O55mmX30mm 的铂金坩埚，所用的原料是4N级的ErA、 La203、 YbA和分析纯的Na2C03、 W03。根 据下列化学反应式配制原料-
Na2C03+ (1-x—y) La203+ xYb203+ yEr203+线二 2N我EryLa卜x—y (W04) 2 x = lat% 30at%; y 二 lat% 50at%。把原料混合均匀，压成片状，置于钼柑 埚中，以150 'C/h缓慢升温到烧结的预定温度，重复此过程，直至X射线粉末 衍射的结果不变为止。
把原料装入①55mmX30mm的铂金坩埚内，在高频提拉炉中升温到比熔点高 500C的温度，恒温1小时，使得原料熔化完全。先以铂金丝生长出 Yb:Er:NaLa(W04)2小晶体，再以Yb:Er:NaLa(W04)2晶体作为籽晶生长大尺寸 的优质晶体。生长过程中，籽晶杆的提拉速率为0.8 1.3 mm/h，降温速率为 1.2 8 °C/h，籽晶杆的转动速率为8 10r.p.m.，生长结束后，将晶体提离液 面，然后以10 30 °C/h的速率降至室温，得到尺寸为4)30 mm X 50 mm的透明 Yb:Er:NaLa(W04)2晶体。 实施例二 Yb:Er:NaLa(W04)2晶体的激光实验
加工出尺寸为5mmX5mmX5mm的优质Yb:Er:NaLa(W04)2的优质晶体器件， 采用975nm波段的LD 二极管作为泵浦源，进行激光实验。实验装置如附图所示。 图中1是块状Yb:Er:NaLa(W04)2晶体；2是LD 二极管泵浦源及其电源；3是对入=1480 nm 1600 nm波段中某个特定波长全反射和对975nm波段全透的介质 镜；4是对入=1480 nm 1600 nm波段中某个特定波长部分透射的介质镜；5是 LPE-1A激光能量计。
权利要求
1. 一种铒镱共掺的钨酸镧钠新型可调谐激光晶体，其特征在于该晶体材料的化学式为Yb:Er:NaLa(WO4)2。
2. —种权利要求1的激光晶体材料的制备方法，其特征在于采用4N的Er203、 La203、 Yb203和分析纯的Na2C03、 W03作为原料，在还大气气氛的条件下，通过高 温固相反应获得Yb:Er:NaLa(W04)2原料，在还大气气氛的条件下，采用提拉法生 长晶体。
3. —种权利要求1的激光晶体材料的用途，其特征在于该材料用于实现1480 nm 1600 nm波段可调谐激光输出。
全文摘要
一种铒镱共掺的钨酸镧钠新型可调谐激光晶体，涉及激光晶体材料领域。该晶体材料的化学式为Yb:Er:NaLa(WO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>。采用4N的Er<sub>2</sub>O<sub>3</sub>、La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>、Yb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>和分析纯的Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>、WO<sub>3</sub>作为原料，通过高温固相反应获得Yb:Er:NaLa(WO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>原料，在大气气氛条件下采用提拉法生长晶体。该材料用于实现1480nm～1600nm波段可调谐激光输出。
文档编号C30B15/00GK101499614SQ20081007057
公开日2009年8月5日 申请日期2008年1月31日 优先权日2008年1月31日
发明者朱昭捷, 李坚富, 涂朝阳, 游振宇, 燕 王, 马兴华 申请人:中国科学院福建物质结构研究所