专利名称：掺钕硼酸镧锶激光晶体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及光电子功能材料技术领域中的人工晶体和晶体生长领域，尤其是涉及一种作为固态激光器中的工作物质的激光晶体材料。
背景技术：
固体激光工作物质由基质材料和激活离子组成，其各种物理和化学性质主要由基质材料决定，而其光谱特性和荧光寿命等则由激活离子的能级结构决定。自1960年，研制成功人造红宝石脉冲激光器以来，迄今为止，已发现了数百种激光晶体，但是由于增益的限制、晶体生长困难、难于掺入激活离子、差的光谱性能、或差的热和机械性能等原因，大多数的激光晶体材料都不能真正投入实际应用中。能真正得到实际应用的激光晶体只有十来种。
目前，应用最广泛的激光晶体是掺钕离子的钇铝石榴石(YAG)晶体，其具有较好的各种物理和化学性能，且易于生长出高光学质量、大尺寸的优质晶体。但它存在着吸收谱线窄，不适宜用LD来进行泵浦的缺点，而LD泵浦将是今后激光泵浦源的发展方向。
目前国内外都在积极寻找各种物理、化学性能和机械性能优异，且易于生长出高光学质量、大尺寸的优质激光晶体材料，而且该晶体要适合于LD泵浦。钕离子由于具有较好的光谱性能，广泛地被用作激活离子。硼酸盐类晶体具有较好的物理化学和机械性能，并容易生长出高质量的单晶，成为激光基质材料的热门之选。如YCOB、GdCOB、YAB等晶体，Sr3La(BO3)3化合物是双硼酸盐M3Ln(BO3)3(M＝Ca，Sr，Ba以及Ln＝La-Lu，Y)系列化合物的一种，最初由固相合成法而得到粉末。目前还没有生长晶体的的报道。
发明内容
本发明的目的就在于研制一种新的激光晶体，能够直接使用闪光灯和LD泵浦的、具有较高转换效率的激光晶体材料。
Nd3+:Sr3La(BO3)3晶体属于正交晶系，具有Pnma空间群结构。其中钕离子是作为掺杂离子，取代镧离子的晶格位置，钕的掺杂浓度在0.05at％～10at％之间，掺杂浓度为3at％时，荧光寿命(τ)为65μs，其荧光寿命是钕离子浓度的函数，可根据不同的需要掺入不同浓度的钕离子。实验结果表明其可输出1060nm波长的激光，可作为激光工作物质。
掺钕硼酸镧锶是一种同成分的化合物，可采用提拉法(Czochralski方法)生长出大的单晶。
具体的化学反应如下
所用的原料纯度及厂家如下
主要生长条件如下生长是在铱坩锅中、惰性气体(如N2、Ar等)气氛下进行，晶体生长的工艺参数为生长温度在1340℃左右，晶体转速为10-15转/分钟，提拉速度为0.5-1.0毫米/小时。具体的生长过程见实施例。
将生长出的Nd3+:Sr3La(BO3)3晶体在四圆衍射仪上进行了衍射数据的收集，结构分析表明，其属于正交晶系，空间群为Pnma，晶胞参数为a＝7.46，b＝8.91，c＝16.54，V＝11003，Z＝4，密度3.5g/cm3；采用油浸法测得其折射率为1.78。
将生长出的Nd3+:Sr3La(BO3)3晶体进行吸收光谱、荧光光谱及荧光寿命等的分析测试，结果表明掺Nd浓度在3at％时，Nd3+:Sr3La(BO3)3晶体的主吸收峰在806nm，其半峰宽为10nm，吸收跃迁截面为4.67×10-20cm2，在806nm处较大的半峰宽非常适合于采用AsGaAl半导体激光来进行泵浦，有利于激光晶体对泵浦光的吸收，提高泵浦效率。其在1060nm处的发射跃迁截面σem为1.86×10-19cm2，半峰宽(FWHM)为28nm，荧光寿命为65μs，本发明的Nd3+:Sr3La(BO3)3晶体可用提拉法生长出大尺寸的单晶，晶体具有较好的光学特性，很容易用闪光灯泵浦和LD泵浦获得激光输出，激光输出波长为1060nm，该晶体可作为一种较好的激光晶体。
具体实施例方式
实现本发明的优选方案如下用提拉法(Czochralski方法)生长掺杂浓度为3.0at.％Nd3+的Sr3La(BO3)3激光晶体。
将按化学计量比准确称量好的La2O3、Nd2O3、Sr3CO3、H3BO3混合，研磨均匀，压片后，在马弗炉中在900℃条件下固相合成24小时，再升温至1000℃固相合成24小时，将固相合成好的样品装入Φ70×50mm3的铱金坩埚并置于提拉炉中，采用提拉法，在N2气氛中，生长温度为1340℃左右，晶体转速为10转/分钟，提拉速度为1.0毫米/小时的条件下，生长出了尺寸为Φ20×30mm3的高质量的Nd3+:Sr3La(BO3)3晶体。经电子探针测出晶体中Nd离子浓度为1.238×1020cm-3。
权利要求
1.一种掺钕硼酸镧锶激光晶体，其特征在于该晶体的分子式为Nd3+:Sr3La(BO3)3，属于正交晶系，空间群为Pnma，晶胞参数为a＝7.46，b＝8.91，c＝16.54，V＝11003，Z＝4，密度3.5g/cm3，折射率1.78。
2.如权利要求1所述的激光晶体，其特征在于Nd3+离子作为掺杂离子，取代晶体中镧离子的格位，其掺杂浓度为0.05at-10at％。
3.一种权利要求1的激光晶体的制备方法，其特征在于该晶体采用提拉法(Czochralski方法)生长，生长温度在1340℃左右，晶体转速为10-15转/分钟，提拉速度为0.5-1.0毫米/小时。
4.一种权利要求1的激光晶体的用途，其特征在于用该晶体作为激光工作物质制造的激光器用于光谱学、生物医学、军事等领域中。
5.如权利要求4所述的激光晶体的用途，其特征在于用该晶体制造的固体激光器，使用闪光灯或激光二极管(LD)作为泵浦源，激发产生1060nm波长的激光输出。
全文摘要
本发明涉及人工晶体领域，特别是涉及一种激光晶体掺钕硼酸镧锶(Nd
文档编号C30B15/00GK1566415SQ0314568
公开日2005年1月19日 申请日期2003年7月10日 优先权日2003年7月10日
发明者王国富, 潘建国, 林州斌, 胡祖树, 张莉珍 申请人:中国科学院福建物质结构研究所