专利名称：镝激活的氟化钙新型中红外激光晶体材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光晶体材料领域，特别涉及一类中红外激光晶体CaF2:Dy3+和CaF2:Dy3+:Yb3+。
背景技术：
中红外激光可以通过几种方法运作，其中通过稀土或过渡族离子激活的激光晶体直接产生中红外辐射是一种最简便有效的方法，是目前研究的热点。
激光晶体直接产生高效中红外激光输出的主要问题是由于中红外激光频率很低，与许多著名激光晶体的晶格振动频率即声子振动频率相当，这样导致了快速无辐射弛豫与激光发射的强烈竞争，因此，导致了激光的高被动损耗。为了克服这个问题，必须选择具有低声子振动频率的材料，而在激光的运转过程中需要采用低温的条件。
要直接产生中红外激光，不仅要求激光基质的声子能量要小于500cm-1，声子能量越小，则无辐射弛豫几率也越小。同时，激光基质的光谱在3.0μm～5.0μm要高透，并且要具有高的抗光损伤阈值和良好的物化性能，而激光晶体则要有大的发射截面(σem＞10-21～10-20cm2)。
一般基质材料的最大声子振动频率的大小次序如下氧化物＞氟化物＞硫化物(包括II-VI族半导体主体晶体材料如ZnSe，ZnS，ZnTe)＞氯化物。在氧化物中，硼酸盐＞磷酸盐＞硅酸盐＞氟磷酸盐(酯)＞钒酸盐(或酯)＞锗酸盐＞铝酸盐＞亚碲酸盐＞五倍子酸盐，没食子酸盐。对于3.0μm～4.0μm的激光，还可以选择氧化物晶体作为基质材料，而对于＞4.0μm的激光，氧化物晶体则不能作为基质材料，只有选择卤化物和硫化物作为基质材料。
目前，在国际上，中红外激光晶体是科学界的研究热点，俄美和欧洲已经走在前面，而国内才刚起步。稀土或过渡族离子激活的的激光晶体是可以产生3.0μm~5.0μm中红外激光的，Tb3+、Dy3+、Er3+、Ho3+、Cr2+、Co2+等便是有效的激活离子。近几年来，俄罗斯激光晶体专家Kaminskii等研究了BaYb2F8:pr3+、YLF:Ho3+、YLF:Dy3+、BaF2:LaF2:Nd3+激光晶体，实现了3.5μm～5.15μm的μJ量级激光输山，Ganem和Bowman等研究了PrCl3晶体，在5.242μm和7μm处产生了mJ量级的激光输出，而Nostand，M.C.研究了CaGa2S4:Dy3+晶体，在4.38μm获得了激光输出，Bowman等研究了KPb2Cl5:Dy3+激光晶体，在4.6μm处获得了激光输出。我国华北光电技术研究所报道了Cr，Yb，Ho:YAGG晶体在2.84μm～3.05μm之间实现了连续可调谐的激光输出。法国科学家R.Moncorge等研究了掺杂Yb:Dy和Tm:Dy的LiYF1和KY3F10晶体，获得了Dy3+离子2.8～3.08μm的宽带荧光发射峰，证明了它们作为3.0μm激光晶体的潜在可能性。CaF2属于立方晶系，空间群为 晶胞参数为a＝5.471，V＝163.78。它的透过波段范围较宽，高透过率使其在真空紫外至中红外波段被广泛用作光学介质，而氟化物最大声子能量一般为～400cm-1(因为具有较低的声子能量，氟化物一般是很好的上转换激光晶体)，不潮解，是一种良好的中红外激光基质材料。而Dy3+离子能级丰富，采用1.34μm光源激发，可产生3.0μm～5.0μm的荧光，而Yb3+离子可以敏化Dy3+，如果采用Yb3+离子敏化，则可采用GaAlAs半导体作为激发源。因此，CaF2:Dy3+和CaF2:Dy3+:Yb3+有望成为一类良好的中红外激光晶体材料。目前，国内外未见有CaF2:Dy3+和CaF2:Dy3+:Yb3+作为中红外激光晶体的报道。
发明内容
本发明的目的在于公开一类能够实现3.0μm～5.0μm波段中红外激光输出的中红外激光晶体材料。
本发明制备的CaF2:Dy3+激光晶体，采用CaF2作为激光基质材料，Dy3+作为激活离子。
本发明制备的CaF2:Dy3+:Yb3+激光晶体，采用CaF2作为激光基质材料，Dy3+作为激活离子，Yb3+作为敏化离子。
切割加工出一定尺寸、优质的CaF2:Dy3+或CaF2:Dy3+:Yb3+激光器件，置于激光谐振腔系统，采用合适泵浦源泵浦，实现3.0μm～5.0μm波段中红外激光可调谐输出。
3.0μm-5.0μm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。
附图为CaF2:Dy3+晶体的中红外激光实验示意图。
具体实施例方式实施例一CaF2:Dy3+晶体的生长制备先对原料CaF2和DyF3进行处理将适量分析纯的CaF2和DyF3原料放入自制的烧结炉中，通入高纯氟化氢气体使之缓缓流过，加热进行氟化，然后将温度降下来，原料存放好备用。
晶体生长用上述方法获得的CaF2和DyF3为原料。DyF3的量为1～5at％，在真空操作箱内研磨混合均匀，压片，放入石墨坩埚中。对下降生长炉子抽真空，使得炉内的真空度达到＜10-3Pa，开始缓慢升温，当炉内温度高于晶体熔点500℃时，保温几个小时，以便使得原料熔化完全，然后开始以一定速率均匀下降坩埚直到熔体全部结晶，晶体生长结束后，以30℃/h的速率缓慢退火至室温，取出CaF2:Dy3+晶体。
实施例二CaF2:Dy3+晶体的中红外激光实验切割加工出一定尺寸、优质的CaF2:Dy3+激光器件，并进行吸收和发射光谱的测试研究，确定具体的泵浦源和激光发射波长，针对这些波长数据，进行谐振腔腔镜的镀膜，设计出合适的激光谐振腔，采用～1.34μm波段的合适泵浦源抽运，进行激光实验，实现3.0μm～5.0μm波段中红外激光可调谐输出。
实验装置如附图所示。图中1是块状LiLuF4色心激光晶体；2是～1.34μm波段的合适泵浦源；3是对λ＝3000nm～5000nm波长全反射和对～1.34μm波段透射的介质镜；4是对λ＝3000nm～5000nm波长部分透射和对～1.34μm波段全反射的介质镜；5是LPE-1A激光能量计。
权利要求
1.镝激活的氟化钙新型中红外激光晶体材料，其特征在于该晶体化学式为CaF2:Dy3+，Dy3+作为激活离子。
2.镝激活的氟化钙新型中红外激光晶体材料，其特征在于该晶体化学式为CaF2:Dy3+:Yb3+，Dy3+作为激活离子，Yb3+作为敏化离子。
3.一种权利要求1或2的激光晶体的用途，其特征在于该晶体用于实现3.0μm～5.0μm波段中红外激光可调谐输出。
全文摘要
镝激活的氟化钙新型中红外激光晶体材料，涉及一类Dy
文档编号H01S3/16GK101089238SQ20061009146
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, 李坚富, 王燕, 游振宇, 朱昭捷 申请人:中国科学院福建物质结构研究所