掺钕钨酸钆锂激光晶体及其制备方法和用途的制作方法

专利名称：掺钕钨酸钆锂激光晶体及其制备方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光晶体，尤其涉及一种掺钕钨酸钆锂激光晶体及其制备 方法和用途。
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。钕离子是使 用较为广泛的激活离子，其吸收带宽且与InGaAlLD泵浦源有效耦合,非常适 合LD泵浦。

发明内容
本发明的目的在于提供了一种掺钕钨酸钆锂激光晶体及其制备方法和用 途，该掺钕钨酸钆锂激光晶体能够直接使用闪光灯和LD泵浦的，具有较高转换效率的激光晶体材料。
本发明是这样来实现的，其特征是分子式为LiGd(W04)2，属于四方晶系， 空间群为I4(l)/a(C4b6)，晶胞参数为a=b=5.1896A， c=11.2652A， V=303.39A3， D^7.22g/cm Ndh离子作为激光激活离子，掺杂于晶体中，取代晶体中Gtf+离 子的晶格位置，其掺杂浓度在0-100波％。
本发明所述的一种掺钕钨酸钆锂激光晶体，制备方法为采用提拉法生长， 以Gd203、 Li2C03、 W03和Nd203为原料，按化学反应式Li2C03+Gd203+2 W0^2LiGd(W04)2+C02的摩尔比例称样、混合、压片，而Nd2O3则按0-100%摩 尔浓度加入，在白金坩锅中，富氧气氛下提拉牛长出晶体，晶体生长的参数为 生长温度1020-106(TC，提升速度为0.5~1.0毫米/小时，晶体转速为20 55转/分 钟。
本发明所述的一种掺钕钨酸钆锂激光晶体，制备方法为采用熔盐法，以摩 尔比50-80%的1^2\^207为助熔剂，在温度为950-814'C下，以0.5-lGC/天的降温 速率，生长周期为15-30天生长出NcP:LiGd(WO4)2晶体。
本发明所述的一种掺钕钨酸钆锂激光晶体用于光谱学、生物医学、军事领 域中，尤其运用在用于固体激光器中作为激光工作物质，使用闪光灯或激光二 极管作为泵浦源，激发产生1.06和0.87-0.93nm波长的激光输出。
将生长出的Nd3+:LiGd(W04)2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I4(l)/a(Qh6)，晶胞参数为 fl咖5.1896A,c:l 1.2652 A， Z=2,问03.39 A3， D =7.222 g/cm3。
将生长出的N,:LiGd(W04)2晶体，进行吸收光谱、荧光光谱及荧光寿命 等的分析测试，结果表明Nd3+iiGd(W04)2晶体的主吸收峰在806nm附近， 其半峰宽为10-15 nm，吸收跃迁截面为5.19X10-2Qcm2，在804nrn处较大的半峰宽非常适合于采用InGaAl半导体激光来进行泵浦，有利于激光晶体对泵浦 光的吸收，提高泵浦效率。其在850nm-1400mn处有三个非常宽的发射带，其 中发身寸峰为1068nm的半峰宽(FWHM)为20nm，荧光寿命为86 jis，因为荧 光寿命长的晶体能在上能级积累更多的粒子，增加了储能，有利于器件输出功 率和输出能量的提高。因此，N,:LiGd(W04)2晶体能得到较大的输出，是一 种高转换效率、低成本、高光学质量和有实际应用前景及使用价值的激光晶体。 本发明的技术效果是该方法生长出质量优良的晶体，生长速度快，晶体 质地坚硬，具有良好的导热性能，有优良的光学特性，很容易用闪光灯泵浦和 LD泵浦获得激光输出，激光输出波长为1.06和0.9 um左右，该晶体可作为 一种较好的激光晶体。
具体实施例方式
实施例l:
提拉法生长掺杂浓度为1.0at.Q/。Nd"的Nd"丄iGd(W04)2激光晶体。
将按配比准确称量好的Li2C03、 La203、 Mo03、 Nd203混合研磨均匀， 压片后，放入(l)45X50m^的白金坩锅中，在马弗炉中于70(TC固相反应24 小时；取出后，重新研磨压片再升温至80(TC反应48小时。将合成好的以 上样品放入白金坩锅中，采用提拉法，在空气气氛中，生长温度为1057 °C、 晶体转速为10-60转/分钟，拉速为0. 3-0. 5毫米/小时的情况下，生长出了 尺寸为25X20X20腿3的高质量的N(P+含量为1.0at.。/。的Nd3+:LiGd(W04)2 晶体。 实施例2
熔盐法(高温顶部籽晶法)生长Ntf+:LiGd(W04)2激光晶体
采用熔盐法(高温顶部籽晶法)，以摩尔比60%的！^2百207为助熔齐1」，在840-814。C区间，以0.5-1 。C/天的降温速率，生长周期为20天左右生长出 了高质量、大尺寸2.5x2.9x1.8 cm3的Nd3+iiGd(W04)22晶体 实施例3
提拉法生长Nd3+:LiGd(W04)2激光晶体。
将按配比准确称量好的Li2C03、 W03、 Gd203、 Nd203混合研磨均匀，压片 后，放入4)80X100mi^的刚玉坩锅中，在马弗炉中于70(TC固相反应2小时， 再升温至900。C反应18小时。待冷却至室温后，将初次合成的原料再次研 磨均匀、压片并再次置于马弗炉中800。C烧结18小时。将合成好的以上多 晶原料放入提拉炉中，采用提拉法，生长温度为1057。C左右、晶体转速为30-40转/分钟，拉速为0.5-1毫米/小时的情况下，生长出了尺寸为^22X20醒3 的高质量的Nd3+:LiGd(W04)24晶体。
权利要求
1、一种掺钕钨酸钆锂激光晶体，其特征是分子式为LiGd(WO4)2，属于四方晶系，空间群为I4(1)/a(C4h6)，晶胞参数为a＝b＝5.1896 id="icf0001" file="A2009101860590002C1.tif" wi="5" he="4" top= "37" left = "149" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>c＝11.2652 id="icf0002" file="A2009101860590002C2.tif" wi="5" he="4" top= "37" left = "179" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>V＝303.39 id="icf0003" file="A2009101860590002C3.tif" wi="6" he="4" top= "49" left = "39" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>Dc＝7.22g/cm3，Nd3+离子作为激光激活离子，掺杂于晶体中，取代晶体中Gd3+离子的晶格位置，其掺杂浓度在0-100at.％。
2、 一种权利要求l所述的掺钕钨酸钆锂激光晶体的制备方法，其特征是采用提拉法生长，以Gd20s、 Li2C03、 W03和Nd203为原料，按化学反应式Li2C03+Gd203+2 W0^2LiGd(W04)2+C02的摩尔比例称样、混合、压片，而 NcM^则按0-10(m摩尔浓度加入，在白金坩锅中，富氧气氛下提拉生长出晶体， 晶体生长的参数为生长温度1020-106(TC，提升速度为0.5 1.0毫米/小时，晶体 转速为20~55转/分钟。
3、 一种权利要求l所述的掺钕钨酸钆锂激光晶体的制备方法，其特征是采 用熔盐法，以摩尔比50-80%的1^2百207为助熔剂，在温度为950-814。C下，以0.5-10C/天的降温速率，生长周期为15-30天生长出Nd^LiGd(WO4)2晶体。
4、 一种权利要求l所述的掺钕钨酸钆锂激光晶体的用途，其特征是用于光 谱学、生物医学、军事领域中，尤其运用在用于固体激光器中作为激光工作物 质，使用闪光灯或激光二极管作为泵浦源，激发产生1.06和0.87-0.93iJm波长的 激光输出。
全文摘要
一种掺钕钨酸钆锂激光晶体，其特征是分子式为LiGd(WO4)₂，属于四方晶系，空间群为I4(1)/a(C_4h⁶)，晶胞参数为a＝b＝5.1896，c＝11.2652，V＝303.39³，D_c＝7.22g/cm³，Nd³⁺离子作为激光激活离子，掺杂于晶体中，取代晶体中Gd³⁺离子的晶格位置，其掺杂浓度在0-100at.％。该方法生长出质量优良的晶体，生长速度快，晶体质地坚硬，具有良好的导热性能，有优良的光学特性，很容易用闪光灯泵浦和LD泵浦获得激光输出，激光输出波长为1.06和0.9μm左右，该晶体可作为一种较好的激光晶体。
文档编号C30B29/10GK101654808SQ200910186059
公开日2010年2月24日 申请日期2009年9月18日 优先权日2009年9月18日
发明者黄新阳 申请人:黄新阳