专利名称：掺铒氟化钆锂晶体及其生长方法
技术领域：
本发明涉及一种掺铒氟化钆锂晶体及其生长方法，掺铒氟化钆锂晶体是一种激光 晶体，简式为Er:GLF，属于光电子材料技术领域。
背景技术：
掺铒激光具有大气传输特性好、烟雾穿透能力强、保密性好等特点，被应用于激光 测距、激光雷达、光电干扰、遥感、环境监测、光通讯等领域。另外，掺铒激光在水中有较强吸 收，从而不仅对人眼安全，而且能够精确介入生物组织，因此，在医疗领域如眼科手术也有 应用价值。掺铒激光所用激光材料为掺铒晶体，包括氟化物晶体，如Er:LiYF4，属于四方晶 系，其折射率温度系数较小，升温造成的折射率减小可以部分抵消因热膨胀引起的光程增 大，因而热透镜效应很小。激光振荡阈值大为降低，增益明显提高，具有吸收峰宽、荧光寿命 长、热效应小等特点。尽管Er:LiYF4激光晶体性能优异，但是，因铒、钇离子半径匹配方面 的原因，掺杂浓度低，只有20at. %。现有Er LiYF4晶体的生长方法如下1、生长料制备理论上LiF YF3 = 1 1，实际上 LiF 按 LiF YF3 = 13 12 过量加入， 再配合晶体生长工艺参数，方能生长出晶格完整的晶体。因此，原料中各组分的配比如 下，ErF3为x摩尔、YF3为(1-x)摩尔，LiF为1.083(l_x)摩尔，其中x的取值范围为 0. 005mol ^x^O. 2mol。将所述组分充分混合，通过HF气氛处理，用液压机压块得块状生 长料。2、晶体生长采用提拉法生长Er:LiYF4晶体。将所制备的生长料装入单晶炉，抽真空，充入氩 气，晶体生长的主要参数确定为提拉速度lmm/h，旋转速度5rpm，生长温度810°C。3、退火晶体生长完毕后，采用原位退火的方式缓慢将炉温降至室温，取出晶体。所述晶体生长方法也有其不足，在生长Er:LiYF0e0体的过程中，由于LiYF4熔 点高，如810°C，因而原料挥发严重，难以生长出大尺寸的体，如晶体尺寸只有 ① 13mmX20mm。
发明内容
为了提高掺铒氟化物晶体的掺杂浓度，并且生长出大尺寸的晶体，我们提出一种 掺铒氟化钆锂晶体及其生长方法的方案，其中须根据钆、钇的不同确定适宜的生长方案，所 生长的掺铒氟化钆锂晶体不仅具有与Er :LiYF4相似的光谱，而且掺杂浓度高、尺寸大，能够 用于大功率固体激光器。本发明之掺铒氟化钆锂晶体属于四方晶系，以稀土铒为激活离子，其特征在于，所
3述掺铒氟化钆锂晶体分子式为Er:LiGdF4，晶体基质为氟化钆锂。本发明之生长方法其步骤包括生长料制备、晶体生长以及退火，其特征在于，LiF 按LiF GdF3=16. 5 17 7. 76 8过量加入；晶体生长工艺参数确定为提拉速度 0. 3 0. 8mm/h,旋转速度3 lOrpm，生长温度745 755°C。本发明其效果在于，Er:LiGdF4晶体属于四方晶系且无缺陷，由于铒、钆离子半径 匹配，掺杂浓度最高可达lOOat. %，根据需要，控制实际的、最佳的掺杂浓度，这一高掺杂 效果能够从附图即本发明之掺铒氟化钆锂晶体荧光光谱图中的峰值看出。LiGdF4熔点为 750°C，晶体的生长温度与之相适应，因此，原料挥发减轻，从而能够容易生长出大尺寸的晶 体，如①30mmX50mm。
附图是本发明之掺铒氟化钆锂晶体荧光光谱图，该图兼作为摘要附图。
具体实施例方式本发明之掺铒氟化钆锂晶体属于四方晶系，以稀土铒为激活离子，所述掺铒氟化 钆锂晶体分子式为Er:LiGdF4，晶体基质为氟化钆锂，铒的掺入浓度为20 50at. %。本发明之生长方法具体如下1、生长料制备LiF按LiF GdF3=16. 5 17 7. 76 8过量加入。原料中各组分的配比 如下，x摩尔、GdF3为(l_x)摩尔，LiF为2. 125 (l_x)摩尔，其中x的取值范围为 0. 005mol ^x^ lmol。将所述组分充分混合，通过HF气氛处理，用液压机压块得块状生长 料。2、晶体生长采用提拉法生长Er:LiGdF4晶体。将所制备的生长料装入单晶炉，抽真空，充入氩 气，晶体生长的主要参数确定为提拉速度0. 3 0. 8mm/h ；旋转速度3 lOrpm，生长温 度745 755°Co3、退火晶体生长完毕，采用原位退火的方式缓慢将炉温降至室温，取出晶体。下面是一个具体例子，LiF按LiF GdF3 =17:8过量加入。取x = 0. 3，原料 中各组分的配比如下，ErF30. 3摩尔、GdF30. 7摩尔，LiFl. 4875摩尔。将所述组分充分混合， 通过HF气氛处理，用液压机压块得块状生长料。采用提拉法生长Er:LiGdF4晶体。将所制 备的生长料装入铱坩埚并放入中频感应加热单晶炉，抽真空至10_4Pa，充入氩气。晶体生长 的主要参数确定为提拉速度0. 5mm/h，旋转速度7rpm，生长温度750°C。晶体生长完毕， 采用原位退火的方式缓慢将炉温降至室温，取出晶体。该晶体为掺铒氟化钆锂晶体，属于四 方品系，晶体质量较好，尺寸为①30mmX 50mm。经测试，铒的掺入浓度为30at. %。经光谱 测试，本发明之掺铒氟化钆锂晶体与现有掺铒氟化钇锂晶体相比，荧光峰值波长相近，荧光 峰值有所提高，见附图所示。
权利要求
一种掺铒氟化钆锂晶体，属于四方晶系，以稀土铒为激活离子，其特征在于，所述掺铒氟化钆锂晶体分子式为Er:LiGdF4，晶体基质为氟化钆锂。
2.根据权利要求1所述的掺铒氟化钆锂晶体，其特征在于，铒的掺入浓度为20 50at.
3.—种掺铒氟化钆锂晶体生长方法，其步骤包括生长料制备、晶体生长以及退火，其特 征在于，LiF按LiF GdF3=16. 5 17 7. 76 8过量加入；晶体生长工艺参数确定为 提拉速度0. 3 0. 8mm/h,旋转速度3 lOrpm，生长温度745 755°C。
4.根据权利要求3所述的掺铒氟化钆锂晶体生长方法，其特征在于，原料中各组分的 配比如下，摩尔、GdF3为(1-x)摩尔，LiF为2. 125 (l_x)摩尔，其中x的取值范围 为0. 005mol 彡 x 彡 lmol。
全文摘要
掺铒氟化钆锂晶体及其生长方法，属于光电子材料技术领域。现有掺铒氟化钇锂晶体因离子半径匹配方面的原因，掺杂浓度低；在生长这种晶体的过程中，由于氟化钇锂熔点高，原料挥发严重，难以生长出大尺寸的晶体。本发明之掺铒氟化钆锂晶体属于四方晶系，以稀土铒为激活离子，所述掺铒氟化钆锂晶体分子式为Er:LiGdF4，晶体基质为氟化钆锂；其生长方法特征在于LiF按LiF∶GdF3＝16.5～17∶7.76～8过量加入，晶体生长工艺参数确定为提拉速度0.3～0.8mm/h，旋转速度3～10rpm，生长温度745～755℃。掺铒氟化钆锂晶体是一种激光晶体，适用于大功率固体激光器。
文档编号C30B15/00GK101864595SQ201010192338
公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月7日 优先权日2010年6月7日
发明者刘景和, 张学建, 张莹, 曾繁明, 李春, 林海, 秦杰明, 董仲伟, 董国飞, 金银锁 申请人:长春理工大学