专利名称：铥钬共掺铝酸钇钙激光晶体的生长方法
技术领域：
本发明涉及激光晶体，特别是一种铥钬共掺铝酸钇钙激光晶体(以下简称为Tm/ HoiCaYAlO4)的生长方法。
背景技术：
激光二极管泵浦固态激光器具有结构紧凑，光束质量好，能量高等优点，其被广泛 应用于工业，国防等领域。由于Ho3+的5I7 — 5I8能级跃迁，掺Ho3+固态激光器在2 μ m波段 激光具有独特优势。但是目前掺Ho3+激光晶体还没有合适的激光二极管泵浦源，常常采用 Tm3+离子激光器谐振泵浦实现激光输出。作为一种更简便的方法就是直接将Tm3+，Ho3+共掺于某一晶体基质，使其粒子之 间的能量传递在同一基质内部完成，从而简化激光器结构，实现高效运转的目的。2010年， A. A. Lagatsky等首次报道了 Tm，Ho共掺激光晶体的飞秒级输出，在2055nm处输出激光平 均功率达到130mW(参见Optics Letters，35 (2010)，172)。CaYAlO4具有钙钛矿型结构，稀 土元素Tm，Ho在晶格中处于C4v对称位置。CaYAlO4晶体物理性能优异，是一种理想的无序 激光基质，双掺杂Tm/Ho CaYAlO4晶体目前还未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种铥钬共掺铝酸钇钙激光晶体的生长方法，直接在 CaYAlO4晶体基质中同时掺杂Tm3+，Ho3+稀土离子，采用提拉法生长制备优质Tm/Ho CaYAlO4 激光晶体。本发明的技术解决方案如下一种铥钬共掺铝酸钇钙激光晶体的生长方法，其特点在于包括下列步骤①采用中频感应加热提拉法生长Tm/Ho CaYAlO4晶体，发热体为铱坩埚，该晶体的 原料按照下列反应式的摩尔比称取2CaC03+(l-x_yK203+xHo203+yTm203+Al203 = 2CaY(1_x_y)HoxTmyA104+2C02其中χ和y的取值范围为0 < χ彡0. 008，0 < y彡0. 12 ；②将所述的原料研混均勻后，在液压机下压紧成块，并在马弗炉中1200°C烧结10 小时，发生固相反应，烧结好的块料装入铱坩埚并装入提拉生长单晶炉；③所述的单晶炉抽高真空，然后充入氮气气氛，生长温度1810°C，晶体提拉速度 l-2mm/h，旋转速度 10-20rpm ；④将籽晶深入熔体，经晶体缩颈，放肩，等径生长，收尾阶段，将晶体从熔体中拉 脱，然后缓慢降低提拉单晶炉内温度至室温；⑤打开保温罩，从提拉生长单晶炉内取出籽晶架，取出晶体，得到铥钬共掺铝酸钇 钙激光晶体。所述的晶体原料在所述的提拉生长单晶炉内升至1810°C后，继续升高炉内温度至 1820 1900°C，并保持0. 5 1小时，让熔液体充分融化混合。
所述的籽晶成分为CaYAlO4,或Tm/HO:CaYA104，籽晶端面方向为[100]，[101]，或
O本发明所用的提拉法生长Tm/HO:CaYA104激光晶体的装置为普通的中频感应加热 单晶炉。整个系统包括铱坩埚，真空设备，中频感应发生器电源和温控等部分。实验表明本发明的方法是可行的，生长的晶体完整无开裂，无宏观缺陷，可用作于 激光介质。当使用[100]方向籽晶时，在晶体表面具有很好的(001)晶面体现，进一步说明 此种方法制备Tm/HO:CaYA104激光晶体的可行性。
图1是本发明一个实施例的CaYa 935H0cicici5Tmatl6AlO4晶体的偏振吸收光谱
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。实施例1 该实施例的原料配比中取x = 0. 005, y = 0. 06。将 CaCO3, ^03，Ho2O3，Tm2O3，Al2O3 高纯原料(含量均大于99. 999% )，按2 0. 935 0. 005 0. 06 1化学计量比例称 取。机械混合均勻后，用有机玻璃模具在压料机上压制成块状料。将压好的料在马弗炉中 1200°C烧结10小时。而后将冷却的料装进铱坩埚，再装入提拉单晶炉。炉内抽真空后，再 充入氮气。升温至1850°C，让料充分融化混合后，1小时后，降温至1810°C，放下[100]方向 CaYAlO4籽晶，开始生长晶体，晶体拉速1. 2mm/h,旋转速度lOrpm。生长晶体后，缓慢降至室 温，取出晶体。晶体完整无开裂，从尾部形貌可以看出晶体生长时为平凸界面。将上述CaYtl. 935Ho0. 005Tm0.06A104 单晶定向，切出 11 X 10 X Imm3 薄片。薄片光 学抛光后，采用Lambda 900分光光度计测试其室温下偏振吸收谱。图1为本实施例 CaYa 935Hoacici5Tmaci6AlO4单晶薄片在300 2200nm波段的偏振吸收谱，可用于激光介质。实施例2 本实施例的原料配比中取x = 0. 005, y = 0. 10。将 CaCO3, Y2O3, Ho2O3, Tm2O3, Al2O3 高纯原料(含量均大于99. 999% )，按2 0. 895 0. 005 0. 10 1化学计量比例称 取。机械混合均勻后，用有机玻璃模具在压料机上压制成块状料。将压好的料在马弗炉中 1200°C烧结10小时。而后将冷却的料装进铱坩埚，再装入提拉炉。炉内抽真空后，再充入氮 气。升温至1840°C，让料充分融化混合后，1小时后，降温至1810°C，放下[101]方向CaYAlO4 籽晶，开始生长晶体。晶体拉速1.0mm/h，旋转速度15rpm。生长晶体后，缓慢降至室温，取 出晶体，晶体完整无开裂。本实施例中，用[101]方向籽晶生长出来的晶体，表面没有体现 出解理面。实施例3 本实施例的原料配比中取x = 0. 004, y = 0. 08。将 CaCO3, Y2O3, Ho2O3, Tm2O3, Al2O3 高纯原料(含量均大于99. 999% )，按2 0.916 0.004 0. 08 1化学计量比例称 取。机械混合均勻后，用有机玻璃模具在压料机上压制成块状料。将压好的料在马弗炉中 1200°C烧结10小时。而后将冷却的料装进铱坩埚，再装入提拉炉。炉内抽真空后，再充入氮气。升温至1820°C，让料充分融化混合后，0. 5小时后，降温至1810°C。籽晶采用[100] 方向Tm/Ho = CaYAlO4籽晶，开始生长晶体。晶体拉速1. 3mm/h,旋转速度20rpm。生长晶体 后，缓慢降至室温，取出晶体。晶体完整无开裂，从尾部可以看出尾部表现出晶体生长时为 平凸界面，且很好的体现出(001)晶面。本实施例中化料之后保温时间稍短，但在下种阶段 同上述实施例相比，没有观察到明显区别。实施例4 本实施例的原料配比中取x = 0. 004, y = 0. 12。将 CaCO3 J2O3, Ho2O3, Tm2O3, Al2O3 高纯原料(含量均大于99. 999% )，按2 0.876 0. 004 0. 12 1化学计量比例称 取。机械混合均勻后，用有机玻璃模具在压料机上压制成块状料。将压好的料在马弗炉中 1200°C烧结10小时。而后将冷却的料装进铱坩埚，再装入提拉炉。炉内抽真空后，再充入氮 气。升温至1840°C，让料充分融化混合后，1小时后，降温至1810°C。放下W01]方向Tm/ HcKCaYAlO4籽晶，开始生长晶体。晶体拉速1. 5mm/h，旋转速度20rpm。生长晶体后，缓慢降 至室温，取出晶体，晶体质量良好。实施例5 本实施例的原料配比中取x = 0. 006, y = 0. 10。将 CaCO3, Y2O3, Ho2O3, Tm2O3, Al2O3 高纯原料(含量均大于99. 999% )，按2 0.894 0. 006 0. 10 1化学计量比例称 取。机械混合均勻后，用有机玻璃模具在压料机上压制成块状料。将压好的料在马弗炉中 1200°C烧结10小时。而后将冷却的料装进铱坩埚，再装入提拉炉。炉内抽真空后，再充入 氮气。升温至1840°C，让料充分融化混合后，1小时后，降温至1810°C，放下[101]CaYA104 籽晶，开始生长晶体。晶体拉速1.5mm/h，旋转速度20rpm。生长晶体后，缓慢降至室温，取 出晶体。实施例6:本实施例的原料配比中取x = 0. 008, y = 0. 08。将 CaCO3, Y2O3, Ho2O3, Tm2O3, Al2O3 高纯原料(含量均大于99. 999% )，按2 0.912 0. 008 0. 08 1化学计量比例称 取。机械混合均勻后，用有机玻璃模具在压料机上压制成块状料。将压好的料在马弗炉中 1200°C烧结10小时。而后将冷却的料装进铱坩埚，再装入提拉炉。炉内抽真空后，再充入 氮气。升温至1840°C，让料充分融化混合后，1小时后，降温至1810°C，放下W01]CaYA104 籽晶，开始生长晶体。晶体拉速1.5mm/h，旋转速度15rpm。生长晶体后，缓慢降至室温，取 出晶体，晶体无开裂，无宏观缺陷。
权利要求
1.一种铥钬共掺铝酸钇钙激光晶体的生长方法，其特征在于包括下列步骤①采用中频感应加热提拉法生长Tm/Ho CaYAlO4晶体，发热体为铱坩埚，该晶体的原料 按照下列反应式的摩尔比称取2CaC03+(l-x-y) 403+xHo203+yTm203+Al203 = 2CaY(1_x_y)HoxTmyA104+2C02其中χ和y的取值范围为0 < χ彡0. 008，0 < y彡0. 12 ；②将所述的原料研混均勻后，在液压机下压紧成块，并在马弗炉中1200°C烧结10小 时，发生固相反应，烧结好的块料装入铱坩埚并装入提拉单晶炉；③所述的单晶炉抽高真空，然后充入氮气气氛，生长温度1810°C，晶体提拉速度 l-2mm/h，旋转速度 10-20rpm ；④将籽晶深入熔体，经晶体缩颈，放肩，等径生长，收尾阶段，将晶体从熔体中拉脱，然 后缓慢降低提拉炉内温度至室温；。⑤停炉，打开保温罩，从提拉生长单晶炉内取出籽晶架，取出晶体，得到铥钬共掺铝酸 钇钙激光晶体。
2.根据权利要求1所述的铥钬共掺铝酸钇钙激光晶体的生长方法，其特征是在提拉炉 内升至1810°C后，继续升高炉内温度至1820 1900°C，并保持0. 5 1小时，让熔液体充 分融化混合。
3.根据权利要求1所述的铥钬共掺铝酸钇钙激光晶体的生长方法，其特征是所述的籽 晶成分为 CaYAlO4，或 Tm/Ho = CaYAlO4，籽晶端面方向为[100], [101]，或
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全文摘要
一种铥钬共掺铝酸钇钙激光晶体的生长方法，直接在CaYAlO4晶体基质中同时掺杂Tm3+，Ho3+稀土离子，采用提拉法生长出优质Tm/Ho:CaYAlO4激光晶体，实验表明本发明的方法是可行的，生长的晶体完整无开裂，无宏观缺陷，可用作激光介质。
文档编号C30B29/22GK102051684SQ20111000885
公开日2011年5月11日 申请日期2011年1月14日 优先权日2011年1月14日
发明者吴锋, 周大华, 徐晓东, 李东振, 狄聚青 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所