专利名称：飞秒激光诱导制备溴铅化钾色心激光晶体和波导晶体材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及晶体材料领域，特别涉及一种采用飞秒激光诱导制备KPb2Br5色心激光晶体和波导晶体材料。
背景技术：
碱金属卤化物经过飞秒激光照射后可以产生大量的色心，例如V3、F、F2、N、R2和R1等，其中的F2等色心可以制作色心激光增益介质而应用于色心激光器。而几乎每一种色心都在近红外至中红外(2500nm～5000nm)的不同波段处有很宽的荧光发射带，其激活色心的发射截面很大(约为10-16～10-17cm2)，比其它常见的稀土或过渡族离子激活的高增益介质(例如Nd:YAG晶体)大3～5个数量级，同时激活色心的吸收带大多在可见光区或近红外边缘，带宽很宽，有利于采用常用的泵浦源抽运。
目前，KCl:Li+、KCl:Li+、KCl:Na+、RbCl:Li+、KI和KBr都可以产生色心，并在低温下实现了0.9～5.0μm的激光输出。同时，科学家们也已经在LiF和KCl晶体中采用飞秒激光诱导产生了具有激光功能的色心，并且在泵浦光激发下产生了荧光，在LiF晶体中也已经形成了直线波导。
飞秒激光的能量通过多光子吸收和雪崩电离传递给透明玻璃或晶体材料，其超快的能量传递，使得激光照射点局部产生了很高的温度和压力，照射点周围的物质在高温高压下向四周膨胀，冷却后，便产生了中间密度低，四周密度高的结构，从而折射率产生规则的变化，可以形成波导。
KPb2Br5属于单斜晶系，空间群为P21/c，晶胞参数为空间群为P21/c，晶胞参数为Z＝1，a＝9.264，b＝8.380，c＝13.06，β＝90.05，V＝1014.113。它的透过波段为0.3～16μm，最大声子能量为183cm-1，不潮解，是一种良好的中红外激光基质材料。但是，目前国内外并未见有关采用飞秒激光诱导制备KPb2Br5色心激光晶体和波导的报道。而飞秒激光具有高的能量密度和光子密度，照射在含有碱金属的KPb2Br5晶体上，可望产生大量的色心，例如V3、F、F2、N、R2和R1等，其中的F2等色心可以制作色心激光增益介质而应用于色心激光器，同时还可以形成波导。
发明内容
本发明的目的在于公开一种采用飞秒激光诱导制备KPb2Br5色心激光晶体和波导晶体材料。
切割加工出一定尺寸、优质的KPb2Br5晶体，采用聚焦的飞秒激光照射一定的时间。
对晶体进行吸收光谱的测试研究，根据其吸收峰的分布情况，采用合适的泵浦源对晶体进行激发，测试其荧光发射光谱，确定其色心的类型。根据吸收和荧光谱的测试研究结果，设计出合适的激光谐振腔，并采用合适的泵浦源进行激光实验研究，实现2500nm～5000nm的中红外激光输出。
切割加工出一定尺寸、优质的KPb2Br5晶体，采用聚焦的飞秒激光照射一定的时间，形成有大量F2色心的微米线，其现状可以是直的，也可以是弯曲的微米线，在fs激光的高温高压下形成了折射率四周高而中间低的光波导。
KPb2Br5色心晶体产生的中红外激光可以应用于大气遥感、地球资源探测、环境保护、污染控制等，此外，在同位素分离、医疗、生物医药等领域也有广泛的应用，尤其是在军事制导、目标探测、远距离探测化学物质和反导对抗上的应用，在反化学战和环境保护中起到关键性的作用，成为决定战争胜负的关键技术。而把KPb2Br5光波导和KPb2Br5激光功能色心结合起来可以制成微米色心激光器，有望在KPb2Br5晶体中实现光波的传输、激光振荡和光放大。
附图为KPb2Br5色心激光晶体的激光实验装置示意图1是块状KPb2Br5色心激光晶体；2是600～2400nm波段的合适泵浦源；3是对λ＝2500nm～5000nm波长全反射和对600～2400nm波段透射的介质镜；4是对λ＝2500nm～5000nm波长部分透射和对600～2400nm波段全反射的介质镜；5是LPE-1A激光能量计。
具体实施例方式实施例一先对原料KBr和PbBr2进行处理分别将适量分析纯的KBr和PbBr2原料放入自制的烧结炉中，通入高纯氩气使之缓缓流过，加热到300℃，然后将温度降下来，原料存放好备用。
按66.7mol％PbBr2和33.3mol％KBr的比例准确称量20g，研磨混合均匀，压片，填入内径为10mm石英管中。抽真空，封管，然后将之放入自制的两温区晶体生长炉中，用改良的Bridgman法生长。采用上、下两端温区控温，上端温度高，下端温度低，温差为200～300℃。把封好的石英管放在上温区，底端恰好位于上温区的最低点，热平衡之后，通过机械装置控制石英管下降，下降速率为1～5mm/天，晶体生长结束后，以30℃/h的速率缓慢退火至室温，取出KPb2Br5晶体。
切割加工出5mm×5mm×5mm的优质KPb2Br5晶体，采用Ti:Sapphire激光系统产生1焦耳、100fs的脉冲激光，并采用透镜把它会聚于晶体上10-5cm2的-点，照射30分钟后，对晶体进行吸收光谱的测试研究，根据其吸收峰的分布情况，采用合适的泵浦源对晶体进行激发，测试其荧光发射光谱，确定其色心的类型。
根据吸收和荧光谱的测试研究结果，设计出合适的激光谐振腔，并采用合适的泵浦源进行激光实验研究，实现2500nm～5000nm的中红外波段可调谐激光输出。
实施例二切割加工出5mm×5mm×5mm的优质KPb2Br5晶体，采用Ti:Sapphire激光系统产生1焦耳、100fs的脉冲激光，并采用透镜把它会聚于晶体上10-5cm2的一点，照射30分钟后，沿着晶体上的一条直线移动聚焦点，重新形照射30分钟后，重复以上的操作直至在直线上形成大量F2色心的微米线，这样便在fs激光的高温高压下形成了折射率四周高而中间低的直线光波导。
权利要求
1.一种溴铅化钾色心激光晶体，其特征在于该晶体利用溴铅化钾作为激光基质材料，采用飞秒激光诱导色心，实现近红外或2500nm～5000nm的中红外激光输出。
2.一种溴铅化钾波导晶体材料，其特征在于该晶体利用溴铅化钾作为基质材料，采用飞秒激光诱导，形成有大量F2色心的微米线，在fs激光的高温高压下形成了折射率四周高而中间低的光波导材料。
全文摘要
飞秒激光诱导制备溴铅化钾色心激光晶体和波导晶体材料，涉及晶体材料领域。溴铅化钾色心激光晶体利用溴铅化钾作为激光基质材料，采用飞秒激光诱导色心，实现近红外或2500nm～5000nm的中红外激光输出。波导晶体材料采用飞秒激光诱导，形成有大量F
文档编号H01S3/16GK101089234SQ200610091460
公开日2007年12月19日 申请日期2006年6月13日 优先权日2006年6月13日
发明者涂朝阳, 游振宇, 王燕, 李坚富, 朱昭捷 申请人:中国科学院福建物质结构研究所