本发明属于激光材料领域，特别涉及一种镨钕铁掺杂硼酸盐透明玻璃陶瓷激光材料。
背景技术：
通常固体激光器是以晶体和玻璃材料为工作物质，就综合性能而言，掺钕钇铝石榴石晶体(Nd:YAG)仍然是性能最好，产量最大，用途最广的激光基质材料。但提拉法生长单晶由于其生长周期长、价格昂贵、尺寸小、掺杂浓度低，使其性能和应用范围受到限制。多年来材料科学工作者试图用玻璃、玻璃陶瓷、多晶陶瓷作为激光工作物质来替代单晶。
透明陶瓷是一种新出现的材料，最初的研究是针对热寻的导弹、高压钠灯和战斗机的窗口等应用的需求。最早市售商品氧化铝透明陶瓷(Lucalox)是由通用电气公司在 20世纪60年代生产的。这种氧化铝陶瓷具有高透光率、高强度和抗碱金属腐蚀能力强等特征，用于制作机场、街道照明用的高压钠灯电弧管。1966年，自Dy:CaF2材料制作的陶瓷激光器问世以来，透明陶瓷激光材料在初期由于激光性能远不及激光晶体而没有得到关注。最近10年来，制作透明氧化物陶瓷材料的技术日趋成熟，散射损耗已降到令人满意的程度。用这种陶瓷制作的激光器的性能可与单晶制作的激光器的性最近 10年来，制作透明氧化物陶瓷材料的技术日趋成熟，散射损耗已降到令人满意的程度。用这种陶瓷制作的激光器的性能可与单晶制作的激光器的性能相媲美。1995年日本电气通信大学的Ikesue等制备出高透明的Nd:YAG陶瓷，用LD端泵浦首次获得了激光输出。透明陶瓷材料由于在制备技术和材料性能等方面具有单晶、玻璃激光材料无可比拟的优势而受到了人们极大的关注，并且得到了迅速的发展。目前，透明陶瓷技术已达到高度成熟的水平。例如，具有比玻璃更高的强度和硬度，且重量轻的镁－铝尖晶石和氮氧化铝(AlON)等材料已在军用车辆、飞机和导弹的前视窗口、条形码扫描仪窗口和抗划痕透镜等方面具有广泛的应用。
然而，在陶瓷材料的微结构中散射是最大的光损耗过程。在透明陶瓷内存在多种散射源，包括微孔、晶粒边界、单个晶粒内的结构梯度以及光学各向异性材料的相和晶格缺陷等均能使局部折射率改变。因此，寻找更合适各种应用环境下的陶瓷激光材料显得尤为重要。
技术实现要素：
技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种镨钕铁掺杂硼酸盐透明玻璃陶瓷激光材料。
技术方案：本发明提供的一种镨钕铁掺杂硼酸盐透明玻璃陶瓷激光材料，其化学式为xPr3+,yNd3+,zFe3+：PbO-ZnO-B2O3-SiO2；其中，0.24≤x≤0.38，0.16≤y≤0.22，0.06 ≤z≤0.12。
优选地，镨钕铁掺杂硼酸盐透明玻璃陶瓷激光材料，其化学式为xPr3+,yNd3+,zFe3+： PbO-ZnO-B2O3-SiO2；其中，0.28≤x≤0.32，0.18≤y≤0.20，0.08≤z≤0.10。
更优选地，镨钕铁掺杂硼酸盐透明玻璃陶瓷激光材料，其化学式为xPr3+,yNd3+,zFe3+： PbO-ZnO-B2O3-SiO2；其中，x＝0.30，y＝0.19，z＝0.09。
更优选地，所述晶体材料的吸收光谱中含有峰值为808nm的吸收峰。
更优选地，所述晶体材料的808nm的吸收峰截面积不小于1.58×10-19cm2。
更优选地，所述晶体材料在353nm泵浦下的荧光光谱中含有一个532nm的荧光发射峰，发射峰截面不小于3.81×10-21cm2。
更优选地，所述晶体材料的荧光输出时间不高于1066fs。
更优选地，所述晶体材料的荧光寿命不低于2.8ms。
本发明还提供了镨钕铁掺杂硼酸盐透明玻璃陶瓷激光材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：按化学式xPr3+,yNd3+,zFe3+：PbO-ZnO-B2O3-SiO2将原料PbCO3、ZnCO3、 H3BO3、SiO2和掺杂材料Pr2O3、Nd2O3、Fe2O3按摩尔比进行称重后均匀混合，得混合料；
(2)烧结：将混合料置于刚玉坩埚中，再置于硅钼棒电阻炉中，升温至1200-1250℃保温2-3h，继续升温至1450-1480℃保温烧结5-6h；
(3)退火：将玻璃熔体倒在模具中，压延固化成玻璃体；压延后放入退火炉中退火处理，退火时，设定初始温度为800℃，保温4-5h后，以5℃/min的速率降温至室温；
(4)热处理：将步骤(3)制得的玻璃先在780℃下热处理1-3h，再在880℃下热处理3-5h，即得。
步骤(1)中，所述PbCO3、ZnCO3、H3BO3、SiO2、Pr2O3、Nd2O3、Fe2O3的纯度均为99.8％以上。
本发明还提供了上述镨钕铁掺杂硼酸盐透明玻璃陶瓷激光材料在激光器中的应用。
有益效果：本发明提供的镨钕铁掺杂硼酸盐透明玻璃陶瓷激光材料制备工艺简单，制备工艺简单，荧光效率高，输出时间快，荧光效率高，能够输出黄色激光。
附图说明
图1为激光实验装置图。
具体实施方式
下面对本发明作出进一步说明。
本发明中，所述PbCO3、ZnCO3、H3BO3、SiO2、Pr2O3、Nd2O3、Fe2O3的纯度均为 99.8％以上。
实施例1
镨钕铁掺杂硼酸盐透明玻璃陶瓷激光材料，其化学式为xPr3+,yNd3+,zFe3+： PbO-ZnO-B2O3-SiO2；其中，x＝0.30，y＝0.19，z＝0.09。
该镨钕铁掺杂硼酸盐透明玻璃陶瓷激光材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：按化学式xPr3+,yNd3+,zFe3+：PbO-ZnO-B2O3-SiO2将原料PbCO3、ZnCO3、 H3BO3、SiO2和掺杂材料Pr2O3、Nd2O3、Fe2O3按摩尔比进行称重后均匀混合，得混合料；
(2)烧结：将混合料置于刚玉坩埚中，再置于硅钼棒电阻炉中，升温至1200-1250℃保温2-3h，继续升温至1465℃保温烧结5.5h；
(3)退火：将玻璃熔体倒在模具中，压延固化成玻璃体；压延后放入退火炉中退火处理，退火时，设定初始温度为800℃，保温4.5h后，以5℃/min的速率降温至室温；
(4)热处理：将步骤(3)制得的玻璃先在780℃下热处理2h，再在880℃下热处理4h，即得。
实施例2
镨钕铁掺杂硼酸盐透明玻璃陶瓷激光材料，其化学式为xPr3+,yNd3+,zFe3+： PbO-ZnO-B2O3-SiO2；其中，x＝0.38，y＝0.16，z＝0.06。
该镨钕铁掺杂硼酸盐透明玻璃陶瓷激光材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：按化学式xPr3+,yNd3+,zFe3+：PbO-ZnO-B2O3-SiO2将原料PbCO3、ZnCO3、 H3BO3、SiO2和掺杂材料Pr2O3、Nd2O3、Fe2O3按摩尔比进行称重后均匀混合，得混合料；
(2)烧结：将混合料置于刚玉坩埚中，再置于硅钼棒电阻炉中，升温至1200-1250℃保温2-3h，继续升温至1450℃保温烧结6h；
(3)退火：将玻璃熔体倒在模具中，压延固化成玻璃体；压延后放入退火炉中退火处理，退火时，设定初始温度为800℃，保温4h后，以5℃/min的速率降温至室温；
(4)热处理：将步骤(3)制得的玻璃先在780℃下热处理3h，再在880℃下热处理3h，即得。
实施例3
镨钕铁掺杂硼酸盐透明玻璃陶瓷激光材料，其化学式为xPr3+,yNd3+,zFe3+： PbO-ZnO-B2O3-SiO2；其中，x＝0.24，y＝0.22，z＝0.12。
该镨钕铁掺杂硼酸盐透明玻璃陶瓷激光材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：按化学式xPr3+,yNd3+,zFe3+：PbO-ZnO-B2O3-SiO2将原料PbCO3、ZnCO3、 H3BO3、SiO2和掺杂材料Pr2O3、Nd2O3、Fe2O3按摩尔比进行称重后均匀混合，得混合料；
(2)烧结：将混合料置于刚玉坩埚中，再置于硅钼棒电阻炉中，升温至1200-1250℃保温2-3h，继续升温至1480℃保温烧结5h；
(3)退火：将玻璃熔体倒在模具中，压延固化成玻璃体；压延后放入退火炉中退火处理，退火时，设定初始温度为800℃，保温5h后，以5℃/min的速率降温至室温；
(4)热处理：将步骤(3)制得的玻璃先在780℃下热处理1h，再在880℃下热处理5h，即得。
实施例4
镨钕铁掺杂硼酸盐透明玻璃陶瓷激光材料，其化学式为xPr3+,yNd3+,zFe3+： PbO-ZnO-B2O3-SiO2；其中，x＝0.28，y＝0.18，z＝0.08。
其制备方法与实施例1基本相同。
实施例5
镨钕铁掺杂硼酸盐透明玻璃陶瓷激光材料，其化学式为xPr3+,yNd3+,zFe3+： PbO-ZnO-B2O3-SiO2；其中，x＝0.32，y＝0.20，z＝0.10。
其制备方法与实施例1基本相同。
实施例6激光实验
加工出尺寸为φ5mm×(10mm～20mm)的优质xPr3+,yNd3+,zFe3+：PbO-ZnO-B2O3-SiO2器件，采用包括氙灯在内的合适的泵浦源进行激光实验。
实验装置如附图1所示。图中1是实施例1至5的xPr3+,yNd3+,zFe3+： PbO-ZnO-B2O3-SiO2；2是包括氙灯在内的合适的泵浦源；3是对λ＝500～550nm波段中某个特定波长全反射的介质镜；4是对λ＝500～550nm波段中某个特定波长部分透射的介质镜；5是LPE-1A激光能量计。
测试其稀土离子掺杂浓度、吸收光谱、荧光光谱以及荧光衰减曲线，并采取J-0理论对吸收光谱进行了计算；测试353nm泵浦下的室温荧光光谱，发现在532nm处发射峰强度和宽度最大，采用F-L方程计算其发射截面，结果见下表。