本发明属于激光材料领域，特别涉及一种镨镝镱共掺杂红外飞秒激光晶体材料及其制备方法。
背景技术：
激光晶体是可将外界提供的能量通过光学谐振腔转化为在空间和时间上相干的具有高度平行性和单色性激光的晶体材料，是晶体激光器的工作物质。激光晶体由发光中心和基质晶体两部分组成。大部分激光晶体的发光中心由激活离子构成，激活离子部分取代基质晶体中的阳离子形成掺杂型激光晶体。激活离子成为基质晶体组分的一部分时，则构成自激活激光晶体。
2.6～3.1μm激光波段覆盖了水的吸收峰(2.7μm附近)，因此对组织的穿透深度浅，且对人体安全，另外可用光纤传输，因此成为医疗上一种很好的外科手术光源。另外，该波段固体激光器在遥感、环境保护和光通信等方面也有着重要的研究前景，是激光测距仪、相干多普勒测风雷达、水蒸气抛面差分吸收激光雷达系统等的理想光源。同时，它还是获得中远红外波段光学参量振荡器的理想抽运源。因此从20世纪60年代开始，人们围绕如何提高2.6～3.1μm波段激光器的输出功率和效率，从材料到器件的多方位研究。除此之外，2.6～3.1μm波段激光在工农业和国民经济建设上也有着广泛的应用前景，一旦研制成功，把所研究的晶体及其器件推向高新技术产业市场，将产生非常可观的经济效益；还可以用来远距离探测化学物质，在反化学战和环境保护中起到关键性的作用。
虽然经过几十年铒激光器已取得长足的发展，但是激光运转普遍存在有阈值高、重复频率低、斜率效率低、输出功率受限等问题，难以实现高重频、大功率率激光输出，限制了激光器的应用。
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镝镱共掺杂红外飞秒激光晶体材料及其制备方法。
技术方案：本发明提供了一种镨镝镱共掺杂红外飞秒激光晶体材料，其化学式为：lu3-x-y-zybxdyyprzal5o12；其中，0.12≤x≤0.26，0.08≤y≤0.18，0.01≤z≤0.07。
优选地，0.18≤x≤0.20，0.12≤y≤0.14，0.03≤z≤0.05。
更优选地，x＝0.19，y＝0.13，z＝0.04。
更优选地，所述晶体材料属于四方晶系，空间群为ia3d，晶胞参数a＝1.2438nm、z＝8和d＝7.26g/cm3。
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1.86×10-19cm2。
更优选地，所述晶体材料在808nm泵浦下的荧光光谱中含有一个2.76μm的荧光发射峰，发射峰截面不小于3.12×10-21cm2。
更优选地，所述晶体材料的荧光输出时间不高于87fs。
更优选地，所述晶体材料的荧光寿命不低于1.9ms。
本发明还提供了镨镝镱共掺杂红外飞秒激光晶体材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：按化学式lu3-x-y-zybxdyyprzal5o12将lu2o3、pr2o3、dy2o3、yb2o3、al2o3粉末按摩尔比进行称重后均匀混合，并压制成块；
(2)烧结：将步骤(1)中的料块装入第一坩埚中，并将第一坩埚置于烧结炉中，在1175-1195℃下烧结；
(3)晶体生长：将步骤(2)中的烧结料装入第二坩埚中，并将第二坩埚置于单晶炉中，用惰性气体完全置换单晶炉中的空气，晶体炉升温至1765-1795℃，晶体以一定速率开始生长，晶体炉以一定旋转速率旋转；
(4)降温：晶体生长结束后，在12-16h内降到室温。
步骤(1)中，所述lu2o3、pr2o3、dy2o3、yb2o3、al2o3的纯度均为4n以上。
步骤(2)中，第一坩埚为氧化铝坩埚；步骤(3)中，第二坩埚为铱坩埚，晶体生长速率为0.5-10mm/h，晶体炉旋转速率为5-25rpm。
有益效果：本发明提供的镨镝镱共掺杂红外飞秒激光晶体材料制备工艺简单，能够实现黄色激光输出，荧光效率高。
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lu2o3、pr2o3、dy2o3、yb2o3、al2o3的纯度均为4n以上。
实施例1
镨镝镱共掺杂红外飞秒激光晶体材料，其化学式为：lu3-x-y-zybxdyyprzal5o12；其中，x＝0.19，y＝0.13，z＝0.04。
该镨镝镱共掺杂红外飞秒激光晶体材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：按化学式lu3-x-y-zybxdyyprzal5o12将lu2o3、pr2o3、dy2o3、yb2o3、al2o3粉末按摩尔比进行称重后均匀混合，并压制成块；
(2)烧结：将步骤(1)中的料块装入第一坩埚中，并将第一坩埚置于烧结炉中，在1185℃下烧结；第一坩埚为氧化铝坩埚；
(3)晶体生长：将步骤(2)中的烧结料装入第二坩埚中，并将第二坩埚置于单晶炉中，用惰性气体完全置换单晶炉中的空气，晶体炉升温至1780℃，晶体以一定速率开始生长，晶体炉以一定旋转速率旋转；第二坩埚为铱坩埚，晶体生长速率为0.5-10mm/h，晶体炉旋转速率为15rpm；
(4)降温：晶体生长结束后，在14h内降到室温。
所述晶体材料属于四方晶系，空间群为ia3d，晶胞参数a＝1.2438nm、z＝8和d＝7.26g/cm3。
实施例2
镨镝镱共掺杂红外飞秒激光晶体材料，其化学式为：lu3-x-y-zybxdyyprzal5o12；其中，x＝0.26，y＝0.18，z＝0.01。
该镨镝镱共掺杂红外飞秒激光晶体材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：按化学式lu3-x-y-zybxdyyprzal5o12将lu2o3、pr2o3、dy2o3、yb2o3、al2o3粉末按摩尔比进行称重后均匀混合，并压制成块；
(2)烧结：将步骤(1)中的料块装入第一坩埚中，并将第一坩埚置于烧结炉中，在1175℃下烧结；第一坩埚为氧化铝坩埚；
(3)晶体生长：将步骤(2)中的烧结料装入第二坩埚中，并将第二坩埚置于单晶炉中，用惰性气体完全置换单晶炉中的空气，晶体炉升温至1765℃，晶体以一定速率开始生长，晶体炉以一定旋转速率旋转；第二坩埚为铱坩埚，晶体生长速率为0.5-10mm/h，晶体炉旋转速率为25rpm；
(4)降温：晶体生长结束后，在12h内降到室温。
所述晶体材料属于四方晶系，空间群为ia3d，晶胞参数a＝1.2438nm、z＝8和d＝7.26g/cm3。
实施例3
镨镝镱共掺杂红外飞秒激光晶体材料，其化学式为：lu3-x-y-zybxdyyprzal5o12；其中，x＝0.12，y＝0.08，z＝0.07。
该镨镝镱共掺杂红外飞秒激光晶体材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：按化学式lu3-x-y-zybxdyyprzal5o12将lu2o3、pr2o3、dy2o3、yb2o3、al2o3粉末按摩尔比进行称重后均匀混合，并压制成块；
(2)烧结：将步骤(1)中的料块装入第一坩埚中，并将第一坩埚置于烧结炉中，在1195℃下烧结；第一坩埚为氧化铝坩埚；
(3)晶体生长：将步骤(2)中的烧结料装入第二坩埚中，并将第二坩埚置于单晶炉中，用惰性气体完全置换单晶炉中的空气，晶体炉升温至1795℃，晶体以一定速率开始生长，晶体炉以一定旋转速率旋转；第二坩埚为铱坩埚，晶体生长速率为0.5-10mm/h，晶体炉旋转速率为5rpm；
(4)降温：晶体生长结束后，在16h内降到室温。
所述晶体材料属于四方晶系，空间群为ia3d，晶胞参数a＝1.2438nm、z＝8和d＝7.26g/cm3。
实施例4
镨镝镱共掺杂红外飞秒激光晶体材料，其化学式为：lu3-x-y-zprxdyyybzal5o12；其中，x＝0.20，y＝0.12，z＝0.03。
其制备方法与实施例1基本相同。
所述晶体材料属于四方晶系，空间群为ia3d，晶胞参数a＝1.2438nm、z＝8和d＝7.26g/cm3。
实施例5
镨镝镱共掺杂红外飞秒激光晶体材料，其化学式为：lu3-x-y-zybxdyyprzal5o12；其中，x＝0.18，y＝0.14，z＝0.05。
其制备方法与实施例1基本相同。
所述晶体材料属于四方晶系，空间群为ia3d，晶胞参数a＝1.2438nm、z＝8和d＝7.26g/cm3。
实施例6激光实验
加工出尺寸为φ5mm×(10mm～20mm)的优质lu3-x-y-zprxdyyybzal5o12晶体器件，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lu3-x-y-zprxdyyybzal5o12晶体；2是包括氙灯在内的合适的泵浦源；3是对λ＝2.0-4.0nm波段中某个特定波长全反射的介质镜；4是对λ＝2.0-4.0μm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808nm泵浦下的室温荧光光谱，发现在2.76μm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。