专利名称：一种镱激活铝酸镧钙新型双波长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：
太赫兹波是一个非常具有科学研究价值但尚未充分研发的电磁辐射区域。目前， THz波主要是采用光学技术和电子学技术两种方法来产生。电子技术产生THz波的方法有反向波振荡器，耿氏与布洛赫振荡器、自由电子和 量子级联激光器等，但都存在一些有待解决的技术瓶颈，或是功效低、寿命短，或是体积巨 大、能耗高、运行和维护费用较为昂贵，大都尚未实用化、商业化，即使能够商业化，也都难 以广泛普及。光学技术主要有THz波气体激光器，与超短激光脉冲有关、能产生宽带亚皮秒 THz辐射的光整流、光电导和等离子体四波混频、非线性光学差频、与晶格振动有关的参量 振荡等方法。与其它技术相比，非线性差频过程可以产生功率较高的相干宽带可调谐的单 频THz波，最大优点是没有阈值，设备简单，结构紧凑，不需要价格昂贵的泵浦装置，可产生 较高功率的THz波辐射，甚至可以得到比太赫兹波参量振荡器更宽的THz波调谐范围。差频方法产生THz波的技术关键是要获得功率较高、波长比较接近的泵浦光和信 号光(波长相差不大于lOnm)，以及具有较大的二阶非线性系数，并在THz波范围内吸收系 数小的非线性差频晶体。Yb激活的激光晶体在 1 μ m处产生的激光是宽带可调谐的，有望产生双波长激 光输出，可作为差频方法中的泵浦光和信号光。与Nd3+激活的激光晶体相比，它还具有以下 许多优点(1)能级结构最简单，仅有基态2F7/2和激发态2F5/2，不存在激发态吸收和上转换， 光转换效率高；(2)吸收带在0. 9 1. Ium范围，线宽较宽，能与LD泵浦源有效耦合；(3)泵 浦与激光波长非常接近，量子缺陷低，具有大的本征激光效率，理论上量子效率高达90% ； (4)泵浦与激光上能级非常靠近，无辐射驰豫引起的热负荷低，仅为掺Nd3+材料的三分之 一；(5)荧光寿命长，为掺Nd3+材料的三倍多，有利于储能；(6)可掺杂较高浓度。目前国内外研究报道的双波长激光晶体大多采用的是Nd激活离子，其波长差别 一般大于lOnm，而且是不可调谐的，而我们在％3+:6(^13出03)4<%648>上已实现了瓦级的 双波长激光输出，其波长差别只有5nm，且是宽带发射的，波长可调，具有很好的新颖 性，目前并未见到相关研究及专利报道。CaLaA104<CLA0>晶体属于四方晶系，具有良好的物化性能，不溶于强酸强碱，硬度 大，具有较高的热导率和激光损伤阈值，晶体同成分熔化，可以采用提拉发生长大尺寸优质 晶体，而且稀土激活的晶体在相应波段具有较大的吸收与发射截面，因此是一种优秀的激 光基质。从附图中所测试的％3+:CaLaA104晶体的吸收与发射荧光光谱图中，可见晶体在 980nm处有较大的发射截面(3. 5 X 0_2°)，有利于采用商业化的LD泵浦源抽运实现高效的激 光运转。在980 1065nm波段具有宽的发射，半高宽达到40nm，其发射截面为10_2°Cm2，有 利于实现可调谐的双波长激光输出，因此％3+:CLAO将是一种能够应用于太赫兹激光泵浦 源的优秀双波长激光晶体。
太赫兹波与物质相互作用中包含有丰富的物理和化学信息，与传统光源相比，具 有相干性、低能性、高穿透性、无损伤等独特、优异的特性，在物理、化学、天文学、生命科学 和医药科学以及安全检查、医学成像、环境监测、食品检验、射电天文、卫星通信和武器制导 等基础与应用研究领域均具有巨大的科学研究价值和广阔的应用前景。一旦研制成功，把 所研究的晶体及其器件推向高新技术产业市场，将产生非常可观的经济效益；还可以用来 远距离探测化学物质，在反化学战和环境保护中起到关键性的作用。
发明内容
本发明的目的在于公开一种能够实现 1. 0 μ m波段双波长激光输出的激光晶体 材料 CaLaAlO415实现本发明目的技术方案1. 一种镱激活铝酸镧钙新型双波长激光晶体，该晶体材料的化学式为 Yb3+: CaLaAlO4,属于四方晶系 I4/mm，晶胞参数为 a = 3. 716 A, c = 12. 33 Α, ν = 170. 26cm3， Dx = 5. 266g/cm3。2. 一种项1的激光晶体材料的制备方法，其特征在于采用4N的L 03、Yb203与分 析纯的Al203、CaC03作为原料，通过高温固相反应获得^3+ = CaLaAlO4原料，在惰性气氛下采 用提拉法生长晶体。3. 一种项1的激光晶体材料的用途，该材料用于实现 1. 0 μ m波段双波长激光输 出，应用于太赫兹泵浦源。
图1 晶体的室温吸收光谱图；图2 晶体的室温荧光发射光谱图；图3 晶体的激光实验装置图。
具体实施例方式实施例一 3+:CaLaAlO4晶体的生长制备晶体提拉法生长所用的仪器是D几-400的中频提拉炉，中频电源型号为 KGPF25-0. 3-2. 5。采用Pt/Pt-他的热电偶和型号为815EPC的欧路表控温。所采用的坩埚 是Φ55πιπιΧ50πιπι的铱坩埚，所用的原料是4Ν的Lei203、Yb2O3与分析纯的A1203、CaCO3作为 原料。根据下列化学反应式配制原料(I-X) Lii203+xYb203+2CaC03+Al203 — 2CaLa(1_x)YbxA104+2C02x = Iat % 20at %。把 原料混合均勻，压成片状，放进钼坩埚，置入普通烧结炉中，以150°C /h缓慢升温到1080°C， 保持48h，重复此过程，然后放入高温烧结炉中在1350°C下恒温烧结72h，取出多晶料，直至 X射线粉末衍射与标准卡片完全相符为止。把原料装入Φ55πιπιΧ50πιπι的铱坩埚内，为了避免铱坩埚的氧化，首先抽出炉子内 的空气，使得炉子内的气压达到-0. OlPa，再充入高纯还原气体使得气压达到0. 04MPa，然 后升温到比熔点高50°C的温度，恒温1 2小时，使得原料熔化完全。以钼铱丝自然成核 生长的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1.3 1. 5mm/h,降温速率为2 10°C /h,籽晶杆的转动速率为12 20r. p. m.，生长结束后将晶体 提离液面，以10 30°C /h的速率降至室温，得到尺寸为Φ 30mmX 30mm的透明晶体，然后在 N2-H2混合气氛下高温退火以消除氧缺陷。实施例二 Ab3+ = CaLaAlO4晶体的激光实验加工出尺寸为3_X 3_X 5mm的优质Yb3+: CaLaAlO4晶体器件，采用980nm的LD半 导体激光作为泵浦源，进行激光实验。实验装置如附图所示。LD泵浦源通过可调光束分束 器分解为两路正交偏振的泵浦源对晶体进行抽运，输出镜相对于晶体的横轴线是可调的， 以便能够同步产生双波长激光。后二色平面腔镜在1020-1080nm高反，在泵浦波长980nm高 透；输出凹面镜的半径为5cm，在1020-1080nm处的透过率可调(可以为2. 5%，4%和6% )， 在泵浦波长980nm处高反。
权利要求
1.一种镱激活铝酸镧钙新型双波长激光晶体，其特征在于该晶体材料的化学式 为 Yb3+ = CaLaAlO4,属于四方晶系 I4/mmm，晶胞参数为 α 二 3.716Α, C = 12.33Α, ν = 170. 26cm3，Dx = 5. 266g/cm3。
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Lii203、Yb203与 分析纯的Al203、CaC03作为原料，通过高温固相反应获得^3+ = CaLaAlO4原料，在惰性气氛下 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，其特征在于实现 1. 0 μ m波段双波长激 光输出，应用于太赫兹泵浦源。
全文摘要
一种镱激活铝酸镧钙新型双波长激光晶体，涉及激光晶体材料领域。该晶体材料的化学式为Yb3+:CaLaAlO4属于四方晶系I4/mmm，晶胞参数为v＝170.26cm3，Dx＝5.266g/cm3。采用4N的La2O3、Yb2O3与分析纯的Al2O3、CaCO3作为原料，通过高温固相反应获得Yb3+:CaLaAlO4原料，在惰性气氛下采用提拉法生长晶体。该材料用于实现～1.0μm波段双波长激光输出，应用于太赫兹泵浦源。
文档编号C30B29/22GK102094240SQ20091011294
公开日2011年6月15日 申请日期2009年12月11日 优先权日2009年12月11日
发明者朱昭捷, 李坚富, 涂朝阳, 游振宇, 王燕 申请人:中国科学院福建物质结构研究所