专利名称：一种硼铝酸盐激光晶体及其制备方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光晶体领域，尤其是涉及可应用于固体激光的一类硼铝酸盐晶体及其生长制备。
背景技术：
固体激光器具有器件紧凑、激光光束质量高、运行稳定可靠等优点。目前的固体激光器大多采用激光晶体作为其工作物质。激光晶体一般由基质晶体和激活离子(过渡族或稀土离子)两部分构成。基质晶体一方面是一个分散固定激活离子的“支架”，它使激活离子的相互作用不致太强，保证了激光发射所要求的线状光谱特性；另一方面它在激活离子光谱线的位移、分裂、加宽、能量转移以及激光发射不可少的辐射和无辐射过程中起着重要作用。目前，研究较多的硼酸盐激光基质晶体主要有YAl3(BO3)4、GdAl3(BO3)4、YCa4O(BO3)3、GdCa4O(BO3)3等。这类晶体的物化性能稳定，制备成本低廉，因而受到广泛的关注。
发明内容
本发明的激光晶体的分子式为R4xM4(1-x)Al(BO3)5，其中M为稀土或三价过渡金属元素，即为La、Gd、Y、Sc元素中某一元素或若干元素的组合，根据泵浦源、激光器构造及其应用需要，R3+离子可采用Ti3+、Cr3+、Ce3+、Pr3+、Nd3+、Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+等离子作为激活离子，部分或全部替代晶体基质中的稀土或三价过镀金属M3+离子位置。一般情况下，激活离子的浓度即x的值可以根据掺杂离子种类和激光运转需要在0到1之间变化。该类激光晶体的分子式也可写成R4x:M4(1-x)Al(BO3)5。该类晶体属于正交晶系，空间群为Pnma。该晶体在空气中不潮解，具有良好的物理和化学性能。该类基质晶体除了镧系或过渡金属元素带来的特征谱线外，在250nm至3000nm波段透明。
本发明的激光晶体可采用高温溶液法生长，其技术难点在于选取合适的助熔剂，并在适当的温度和温场等条件下，获得大尺寸的R4xM4(1-x)Al(BO3)5晶体。
本发明的激光晶体在掺杂某利过渡族或稀土离子R3+的同时可掺杂其他的过渡族或稀土离子作为敏化剂，以提高激光运转效率。
本发明的R4xM4(1-x)Al(BO3)5类晶体具有良好的光学、机械和热导性能，较高的化学稳定性，而且便于生长，其三价阳离子的晶格位能接受较高浓度的过渡族或稀土离子掺杂。适量掺杂过渡族或稀土离子的该类晶体，能够作为固体激光器的工作介质，被闪光灯、半导体激光或其他光源泵浦而输出固体激光。
具体实施例方式
实例1称取0.77g的Nd2O3、14.12g的La2O3、1.56g的Al2O3、46.7g的H3BO3、63.2g的BaCO3和g的14.6Na2CO3，将这六种原料一起置于玛瑙研钵中研磨混合均匀，用φ40×40mm3的铂坩埚多次熔化后，将装料的铂坩埚放置于晶体生长炉中，升温至1100℃，恒温48小时后降至1020℃，用不断下籽晶方法测试出准确的溶液饱和温度，之后在饱和温度以上20℃，将事先固定在籽晶杆上的籽晶缓慢地下降至液面以下，恒温半小时后降至饱和温度点。恒温生长一天后，以2℃/d的速率降温，并以15转/分的速率转动晶体。当降温量达50℃，停止晶转，提起晶体离开液面，结束生长，并以40℃/h的速率退火至室温，获得尺寸大于10×10×5mm3的优质透明单晶Nd3+:La4Al(BO3)5。晶体属于正交晶系，空间群为Pnma，晶体的单胞参数为a＝5.871，b＝5.099，c＝8.239。
实例2称取1.44g的Yb2O3、13.7g的La2O3、1.56g的Al2O3、46.44g的H3BO3、62.9g的BaCO3和8.92g的NaF，将这六种原料一起置于玛瑙研钵中研磨混合均匀，用φ40×40mm3的铂坩埚多次熔化后，将装料的铂坩埚放置于晶体生长炉中，升温至1100℃，恒温24小时后降至1020℃，用不断下籽晶方法测试出准确的溶液的饱和温度，之后在饱和温度以上10℃，将事先固在籽晶杆上的籽晶缓慢地下降至液面以下，恒温半小时后降至饱和温度点。恒温生长三天后，以2℃/d的速率降温，并以15转/分的速率转动晶体。当降温量达50℃，停止晶转，提起晶体离开液面，结束生长，并以40℃/h的速率退火至室温，获得尺寸大于10×10×5mm3的优质透明单晶Yb3+:La4Al(BO3)5。
实例3称取3.05g的Er2O3、49.41g的La2O3、5.46g的Al2O3、102.23g的H3BO3、247.6g的BaCO3和35.13g的NaF，将这六种原料一起置于玛瑙研钵中研磨混合均匀，用φ60×60mm3的坩埚多次熔化后，将坩埚放置于晶体生长炉中，升温至1150℃，恒温24小时后降至1010℃，用不断下籽晶方法测试出准确的溶液的饱和温度，之后在饱和温度以上10℃，将事先固在籽晶杆上的籽晶缓慢地下降至液面以下，恒温半小时后降至饱和温度点。恒温生长三天后，以1℃/d的速率降温，并以9转/分的速率转动晶体。当降温量达60℃，停止晶转，提起晶体离开液面，结束生长，并以40℃/h的速率退火至室温，获得尺寸大于20×20×10mm3的优质透明单晶Er3+:La4Al(BO3)5。
实例4称取0.47g的Pr5O11、14.41g的La2O3、1.56g的Al2O3、46.7g的H3BO3、63.2g的BaCO3和14.6g的Na2CO3，将这六种原料一起置于玛瑙研钵中研磨混合均匀，用φ40×40mm3的铂坩埚多次熔化后，将装料的铂坩埚放置于晶体生长炉中，升温至1050℃，恒温24小时后降至1000℃，用不断下籽晶的方法测试出准确的溶液饱和温度，之后在饱和温度以上10℃，将事先固定在籽晶杆上的籽晶缓慢地下降至液面以下，恒温半小时后降至饱和温度点。恒温生长一天后，以3℃/d的速率降温，并以9转/分的速率转动晶体。当降温量达50℃，停止晶转，提起晶体离开液面，结束生长，并以40℃/h的速率退火至室温，获得尺寸大于10×10×5mm3的优质透明单晶Pr:La4Al(BO3)5。该晶体在空气中不潮解。在250nm至3000nm波段透明。
权利要求
1.一种硼铝酸盐激光晶体，其特征在于该类晶体的分子式为R4xM4(1-x)Al(BO3)5，属于正交晶系，空间群为Pnma，x的值根据掺杂离子种类和激光运转需要在0到1之间变化，M为La、Gd、Y、Sc元素中某一元素或若干元素的组合；R为Ti、Cr、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm或Yb。
2.如权利要求1所述的激光晶体，其特征在于该晶体的分子式为Nd4xLa4(1-x)Al(BO3)5，x的值根据掺杂离子种类和激光运转需要在0到1之间变化，晶体的单胞参数为a＝5.871，b＝5.099，c＝8.239。
3.如权利要求1所述的激光晶体，其特征在于该晶体的分子式为yb3+:La4Al(BO3)5。
4.如权利要求1所述的激光晶体，其特征在于该晶体的分子式为Er3+:La4Al(BO3)5。
5.如权利要求1所述的激光晶体，其特征在于该晶体的分子式为Pr:La4Al(BO3)5。
6.如权利要求1至5任一所述的功能晶体，其特征在于该激光晶体在掺杂某种过渡族或稀土离子R3+的同时掺杂其他的过渡族或稀土离子作为敏化剂。
7.一种权利要求1至5任一激光晶体的生长制备方法，其特征在于采用高温熔盐法生长。
8.一种权利要求1至5任一的激光晶体的用途，其特征在于作为固体激光器工作物质。
全文摘要
一种硼铝酸盐激光晶体及其制备方法和用途，涉及激光晶体材料领域。该类晶体的分子式为R
文档编号H01S3/16GK1982511SQ200510133710
公开日2007年6月20日 申请日期2005年12月14日 优先权日2005年12月14日
发明者林炎富, 黄艺东, 龚兴红, 陈雨金, 罗遵度, 谭奇光 申请人:中国科学院福建物质结构研究所