专利名称：掺铬硅酸镁钙可调谐激光晶体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及光电子功能材料技术领域，特别是涉及一种作为可调谐固态激光器中工作物质的激光晶体材料。
背景技术：
可调谐激光是指这样一种效应:泵浦激发掺入固体激光基质中的激活离子，使产生激光，采用棱镜调谐法、F-P标准具调谐法、光栅调谐法、滤光片调谐法和分布反馈系统调谐法等获得可调谐的激光输出。1963年L.F.Johnson等人采用闪光灯泵浦，在掺Ni2+的MgF2晶体中实现了第一个固态可调谐激光运转(L.F.Johnson R.E.Dietz & H.J.Guggenheim, J.Phys.Rev.Lett.，11(1963)318)。随后出现了很多可调谐激光晶体，如 Ti3+:A1203、Cr3+: Mg2SiO4,Cr3+: LiSrAlF6和Cr3+: BeAl2O4等，但由于各种原因，许多可调谐激光晶体只限于作实验室工具，无法推向工业应用。目前研究最多的、已进入应用领域的可调谐激光晶体是Cr3+IBeAl2O4 (紫翠宝石)、Ti3+:Al203 (掺钛蓝宝石)、Cr3+= LiCaAlF6 和 Cr3+:LiSrAlF6,但它们也都存在一些难以避免的缺陷，使得它们的应用范围受到限制。Cr3+IBeAl2O4 (紫翠宝石)晶体的主要缺点是:调谐范围在70(T800nm之间，发射截面小(6 X IO-21Cm2),所需的泵浦阈值高，而且还具有高损伤率和高热透镜效应等缺点，另外由于BeO剧毒，也给生长带来很大困难。Ti3+IAl2O3晶体的主要缺点是:该晶体中Ti3+- Ti4+离子对的出现，使得在激光输出波段，即近红外波段出现吸收，影响了其激光性能，而且由于其激光上能级寿命短(只有
3.2 μ S)，需用短脉冲激光、Q开关激光、连续波激光或产生特别短脉冲的闪光灯泵浦，也进一步限制了它的应用。Cr3+ILiCaAlF6, Cr3+:LiSrAlF6晶体尽管具有调谐范围较宽，发射截面大，所需的泵浦阈值低等诸多优点。但也存在着吸收系数小、LD泵浦的激光效率低等问题。因此，寻找可调谐范围更宽，且能够直接使用闪光灯和LD泵浦的可调谐激光晶体材料成为目前激光晶体研究领域的热点之一。
发明内容
本发明的目的就在于研制一种新型的可调谐激光晶体，其能够直接使用LD泵浦，具有较宽的可调谐范围。透辉石(CaMgSi2O6)是地壳中重要的组成矿物之一，天然形成的透辉石(CaMgSi2O6)晶体是一种高端的宝石，其具有非常好的热学和机械性能，是一种潜在的激光基质材料，在其中掺入激光激活离子，就可望得到一种好的激光晶体材料。掺铬硅酸镁钙(Cr3+ = CaMgSi2O6)就是其中一种，该晶体属于单斜晶系，具有C12/cl空间群结构。铬离子作为激光激活离子可较容易地掺入晶格中，取代镁离子的晶格位置，其掺杂浓度在
0.2at9T5at%之间。该掺杂晶体的室温荧光寿命(τ )为8 20 μ S，其荧光寿命是铬离子浓度的函数，可根据不同的需要掺入不同浓度的铬离子。实验结果表明其可调谐范围在70(Tl350nm之间，可作为可调谐激光晶体。本发明的技术方案如下:具体的化学反应式: (x/2) Cr203+CaC03+(l-x) Mg0+2Si02=Ca (CrxMg1^x) Si206+C02 x=0.002—0.05所用的原料纯度及厂家:
权利要求
1.掺铬硅酸镁钙可调谐激光晶体，其特征在于:该晶体的分子式为Cr3+=CaMgSi2O6,属于单斜晶系，具有C2/c空间群结构，晶胞参数为 a=9.741 A, b=8.901 A, c=5.257 A,β =105.97。，V=439.lA3，Z=4，Dc=3.271 g/cm3，可产生可调谐激光。
2.权利要求1所述的可调谐激光晶体掺铬硅酸镁钙，其特征在于:作为掺杂离子的铬离子其价态为+3价，取代晶体中镁离子的晶格位置，其掺杂浓度在0.lat9T5at%之间。
3.权利要求1所述的可调谐激光晶体掺铬硅酸镁钙，其制备方法包括下列步骤: (1)、初始原料为CaC03、Mg0、Si02和Cr2O3，根据分子式Ca(CrxMg1JSi2O6,按其分子式中各物质的摩尔比准确称取原料，在球磨机中研磨混合均匀，压制成块料； (2)、将块料置于刚玉杯中，在马弗炉中升温至800°C，恒温合成24小时，取出重新研磨混合均匀，压制成块料，在1100°C恒温合成24小时； (3)、将所述的块料放入铱金坩埚中，采用提拉法生长，生长条件为:惰性气体气氛下进行，生长温度1500°C，10-20转/分钟 的晶体转速，0.2-0.8毫米/小时的拉速。
全文摘要
本发明提供掺铬硅酸镁钙可调谐激光晶体及其制备方法。该晶体分子式为Cr3+:CaMgSi2O6，属于单斜晶系，空间群为C12/c1，晶胞参数为a=9.741 ，b=8.901 ，c=5.257 ，β=105.97°，V=439.1 3，Z=4，Dc=3.271 g/cm3。Cr3+:CaMgSi2O6为同成分熔化化合物，可用提拉法生长出高光学质量和大尺寸的晶体，生长条件为生长温度1500℃，提拉速度为0.2~0.8毫米/小时，晶体转速为10~20转/分钟。其可调谐范围在700~1350nm之间，该晶体可望成为一种新的可调谐激光晶体，并获得实际应用。
文档编号C30B29/34GK103173862SQ201310070800
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月6日 优先权日2013年3月6日
发明者王国富, 黄溢声, 米红星, 林州斌, 张莉珍 申请人:中国科学院福建物质结构研究所