掺铬钨酸锂镁晶体及其制备与用途
【专利摘要】本发明公开了一种掺铬钨酸锂镁晶体及其制备与用途。该晶体分子式为Cr3+：Li2Mg2(WO4)3，属于正交晶系，Pnma空间群，晶胞参数为Z＝4。该晶体采用顶部籽晶熔盐法生长，以75at.％Li2WO4和25at.％WO3的混合物为助熔剂，助熔剂在生长原料中所占的浓度比为55～80at.％，生长参数为：降温速率0.5～5℃/天，生长温度800～880℃，转速5～30转/分钟。该晶体具有机械性能适中、发射截面大等特点，其可调谐范围在750～1050nm之间，有望成为一种新的可调谐激光晶体，并获得实际应用。
【专利说明】掺铬钨酸锂镁晶体及其制备与用途
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电子功能材料【技术领域】，特别是涉及一种作为可调谐固态激光器中工作物质的激光晶体材料。
【背景技术】
[0002]可调谐激光是指:由泵浦光激发激光工作介质中的激活离子，使产生激光，该激光发射峰是一个具有比较宽波长范围的波包，或者在某一波长范围内具有多个发射峰，在此基础上采用棱镜调谐法、F-P标准具调谐法、光栅调谐法、滤光片调谐法和分布反馈系统调谐法等方法获得波长在一定范围内可调的激光输出。
[0003]自1963年L.F.Johnson等人采用闪光灯泵浦，在掺Ni2+的MgF2晶体中实现了第一个固态可调谐激光运转(L.F.Johnson, R.E.Dietz and H.J.Guggenheim, J.Phys.Rev.Lett.,11(1963)318)以来，科学家们发现了很多固态可调谐激光晶体，如Ti3+:A1203、Cr3+:Mg2Si04、Cr3+:LiSrAlF6、Cr3+:BeAl204等，但由于各种原因，大多数可调谐激光晶体只限于实验室使用，无法推向工业应用。目前研究最多、已进入应用领域的固态可调谐激光晶体是Cr3+:BeAl204 (紫翠宝石)、Ti3+:A1203 (掺钛蓝宝石)和 Cr3+:LiCaAlF6、Cr3+:LiSrAlF6，但它们也都存在一些难以避免的缺陷，使得它们的应用范围受到限制。如:Cr3+:BeAl204 (紫翠宝石)晶体的主要缺点是:调谐范围较小，在700~800nm之间，发射截面小(6 X 10_21cm2)，泵浦阈值高，具有高损伤率和高热透镜效应等，另外由于BeO剧毒，也给生长带来很大困难。Ti3+:A1203晶体的主要缺点是:该晶体中Ti3+-Ti4+离子对的出现，使得在激光输出波段，即近红外波段出现吸收，影响了其激光性能，而且由于其激光上能级寿命短(只有3.2μ s)，需用短脉冲激光、Q开关激光、连续波激光或产生特别短脉冲的闪光灯泵浦，也进一步限制了它的应用。Cr^LiCaAlFpCr^LiSrAlF^H体则存在吸收系数小、激光二极管(LD)泵浦的激光效率低等问题。
[0004]从固态可调谐激光晶体使用的各种综合因素来考虑，目前还没有一种晶体能够很好地满足人们的需求。因此，寻找新的可调谐激光晶体材料成为目前激光晶体研究领域的热点之一。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就在于研制一种新型的可调谐激光晶体，其能够直接使用LD泵浦，具有较宽的可调谐范围。
[0006]鹤酸锂镁(Li2Mg2 (W04) 3)晶体属于正交晶系,是一种较为理想的激光基质材料。镁离子(Mg2+)在晶格中与氧离子(02+)形成八面体配位，可以被铬离子(Cr3+)取代，由于Mg2+的离子半径大于Cr3+的离子半径，它们之间存在的离子半径以及化合价方面的差异，将减小掺杂后Cr3+离子在Li2Mg2 (W04) 3基质中所处的晶场强度，从而得到宽的可调谐波长。铬离子掺杂浓度在0.2at%~· 5at%之间。实验结果表掺Cr3+钨酸锂镁(Cr3+:Li2Mg2(W04)3)晶体可作为一种新型的可调谐激光晶体材料。[0007]本发明的技术方案如下:
[0008]具体的化学反应式:
[0009]xCr203+Li2C03+2 (l_x) Mg0+3W03 = Li2 (CrxMgl_x) 2 (W04) 3+C02
[0010]x = 0.002-0.05
[0011 ] Li2C03+W03 = Li2W04+C02
[0012]所用的原料纯度及厂家:
[0013]
【权利要求】
1.掺铬钨酸锂镁晶体，其特征在于:该晶体的分子式为Cr3+:Li2Mg2(W04)3，属于正交晶系，Pnma 空间群，晶胞参数为a=5.1129 A, b=10.462A, c=17.612A, Z = 4。
2.如权利要求1所述的掺铬钨酸锂镁晶体，其特征在于:作为掺杂离子的铬离子其价态为+3价，取代晶体中镁离子的晶格位置，其掺杂浓度在0.2at%~ 5at%之间。
3.权利要求1所述掺铬钨酸锂镁晶体的制备方法，采用顶部籽晶熔盐法生长，它的生长步骤为:按比例准确称取原料Li2Mg2(W04)3、助熔剂以及Cr203，研磨混匀后，置于尺寸为Φ60X50mm的钼坩锅中，在生长温度为800~880°C条件下，以0.5~5°C /天的降温速率，5~30转/分钟的晶体转速，经过生长得到Cr3+:Li2Mg2(W04)3晶体；所述的助熔剂为75at.% Li2W04和25at.% W03的混合物，在生长原料中所占的浓度比为55~80at.%。
4.权利要求1所述掺铬钨酸锂镁晶体的用途，用作可调谐激光晶体。
5.如权利要求4所述晶体的用途，`其特征在于:其可调谐范围在750~1050nm之间。
【文档编号】H01S3/16GK103668459SQ201410007763
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2014年1月8日 优先权日:2014年1月8日
【发明者】张莉珍, 王国富, 李凌云, 林州斌, 黄溢声 申请人:中国科学院福建物质结构研究所