专利名称：一种激光晶体掺钕钼酸镧钾的制作方法
技术领域：
掺钕钼酸镧钾激光晶体及其制备方法和用途，它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：
蓝光波段激光在高密度数据存储、海底通讯、大屏幕显示、检测、生命科学及激光医疗等领域有着广泛的应用价值，目前商业化的固体激光器的波长主要集中在近红外和红外波段，在固体激光器中欲获得蓝光输出，主要通过以下三种方法1、利用宽禁带的半导体材料制作直接输出蓝光的半导体激光器。2、利用非线性频率变换技术对固体激光进行频率转换。3、利用上转换技术获得蓝色激光输出。其中利用非线性频率变换对固体激光进行倍频获得的激光由于光束质量好、输出功率高而成为实现高功率蓝绿激光输出的主要途径。
蓝绿波段激光中，以称为“海军蓝”的457nm蓝光的穿透能力最佳，目前国际上常用的固体蓝色激光器多为Nd:YAG 946nm激光倍频产生的473nm蓝光，这个波长比457nm还长16nm。
M′M″(MoO4)2(M′＝alkali metal；M″＝La，Y，Gd)系列化合物是一类很早就引人注意的激光基质晶体材料，其具有白钨矿结构(CaWO4型)，由于M′和M″联合替代二个Ca2+离子在阳离子位置的随机分布，导致了结构上的无序，使得掺杂进去的激活离子所处的格位产生畸变，这种无序结构将使激活离子的光谱带展宽，这将有利于采用LD对其进行泵浦。过去的研究已经证明这一类化合物掺杂稀土离子如掺Nd3+，Ho3+和Er3+可以成为激光基质材料，在研究过程中我们发现这类化合物中掺钕的钼酸镧钾晶体具有比较突出的光谱性能。
发明内容
本发明的目的就在于研制一种新的激光晶体Nd3+:KLa(MoO4)2，它能够直接使用闪光灯和LD泵浦，通过倍频实现450nm蓝色激光输出的激光晶体材料。Nd3+:KLa(MoO4)2晶体属于四方晶系，具有I4(1)/a(C4h6)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0.5at.％～15at.％，荧光寿命(τ)为0.1～0.2ms，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。光谱计算表明，该晶体在804nm处有一强的吸收峰，吸收系数为7.5cm-1，半峰宽12.00nm，吸收截面2.85×10-20cm2；另外，其在波长1061nm有强的荧光发射峰，发射跃迁截面为2.0×10-19cm2，半峰宽20nm。该晶体是一种新型的激光晶体，可产生波长为1061nm的激光输出，在波长900nm也有强的荧光发射峰，发射跃迁截面为5.1×10-20cm2，半峰宽38nm。
Nd3+:KLa(MoO4)2晶体在900nm较强的发射有可能通过倍频手段产生450nm的蓝色激光输出。这个波长距457nm仅相差7nm，再加上Nd3+:KLa(MoO4)2晶体在900nm处的半峰宽可达38nm，有一定程度的调谐，因而它可以覆盖到457nm。在输出波长方面，Nd3+:KLa(MoO4)2晶体比NYAG更具有优势。从光谱数据方面看，Nd3+:KLa(MoO4)2晶体与NYAG相当。该晶体可通过采用倍频手段获得较强的450nm的深蓝色激光输出，并且还有一定范围内的可调谐。
Nd3+:KLa(MoO4)2晶体是一种同成分熔化的化合物，可采用提拉法生长，按化学反应式的比例进行称样、混合、压片，而Nd2O3则按所需浓度加入。所用原料为
其主要生长条件如下生长是在铂金坩锅中，在惰性、中性或富氧气体气氛下进行，可生长出高质量的Nd3+:KLa(MoO4)2晶体，其生长的参数为生长温度1070℃左右，提升速度为0.5～2.0毫米/小时，晶体转速5～20转/分钟。
将生长出的Nd3+:KLa(MoO4)2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，其属于四方晶系，空间群为I4(1)/a(C4h6)，晶胞参数为a＝5.445，b＝5.445，c＝12.208，V＝362.073，密度5.45g/cm3。
将生长出的Nd3+:KLa(MoO4)2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4.1at.％Nd3+离子的Nd3+:KLa(MoO4)2晶体的主吸收峰在804nm，其半峰宽为12nm，在804nm处较大的半峰宽非常适合于采用GaAlAs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850nm～1400nm波段有三个非常宽的发射带，其中峰中心在1061nm处发射峰的半峰宽(FWHM)为14nm，荧光寿命为0.164ms，因为荧光寿命长的晶体能在上能级积累更多的粒子，增加了储能，有利于器件输出功率和输出能量的提高。在波长900nm也有强的荧光发射峰，发射跃迁截面为5.1×10-20cm2，半峰宽38nm。可通过倍频产生450nm蓝色激光输出。用该晶体制成的固体激光器可用于光谱学、生物医学、军事等诸多领域中。
Nd3+:KLa(MoO4)2晶体可用提拉法非常容易地生长出质量优良的晶体，生长速度快，晶体质地坚硬，具有良好的导热性能，有优良的光学特性，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1.06和0.9μm左右，可通过倍频产生530.5nm和450nm的绿色和蓝色激光输出。该晶体可作为一种较好的激光晶体。
具体实施例方式
实现本发明的实验优选方式如下实施例1.提拉法生长掺杂浓度为1.0at.％Nd3+的KLa(MoO4)2激光晶体将按配比准确称量好的K2CO3、La2O3、MoO3、Nd2O3混合研磨均匀，压片后，放入φ60×40mm3的铂金坩锅中，在马弗炉中于700℃固相反应24小时；取出后，重新研磨压片再升温至800℃反应48小时。将合成好的以上样品放入铂金坩锅中，采用提拉法，在氮气气氛中，生长温度为1070℃、晶体转速为15转/分钟，拉速为1毫米/小时的情况下，生长出了尺寸为φ20×35mm3的高质量的Nd3+含量为1.0at.％的Nd3+:KLa(MoO4)2晶体。
实施例2提拉法生长掺杂浓度为9.0at.％Nd3+的KLa(MoO4)2，激光晶体将按配比准确称量好的K2CO3、La2O3、MoO3、Nd2O3混合研磨均匀，压片后，放入φ60×40mm3的铂金坩锅中，在马弗炉中于700℃固相反应24小时；取出后，重新研磨压片再升温至800℃反应48小时。将合成好的以上样品放入铂金坩锅中，采用提拉法，在氮气气氛中，生长温度为1072℃、晶体转速为20转/分钟，拉速为0.8毫米/小时的情况下，生长出了尺寸为φ25×45mm3的高质量的Nd3+含量为9.0at.％的Nd3+:KLa(MoO4)2晶体。
实施例3提拉法生长掺杂浓度为4.0at.％Nd3+的KLa(MoO4)2激光晶体将按配比准确称量好的K2CO3、La2O3、MoO3、Nd2O3混合研磨均匀，压片后，放入φ60×40mm3的铂金坩锅中，在马弗炉中于700℃固相反应24小时；取出后，重新研磨压片再升温至800℃反应48小时。将合成好的以上样品放入铂金坩锅中，采用提拉法，在空气气氛中，生长温度为1072℃、晶体转速为20转/分钟，拉速为1毫米/小时的情况下，生长出了尺寸为φ25×40mm3的高质量的Nd3+含量为4.0at.％的Nd3+:KLa(MoO4)2晶体。
权利要求
1.一种激光晶体掺钕钼酸镧钾，其特征在于该晶体的分子式为Nd3+:KLa(MoO4)2，属于四方晶系，空间群为I4(1)/a(C4h6)，晶胞参数为a＝5.445，b＝5.445，c＝12.208，V＝362.073，Dc＝5.45g/cm3，折射率2.0。
2.如权利要求1所述的掺钕钼酸镧钾激光晶体，其特征在于在该晶体中，Nd3+离子作为掺杂离子，取代晶体中La3+离子的晶格位置，其掺杂浓度为0.05at～15at％。
3.一种权利要求1的激光晶体掺钕钼酸镧钾的制备方法，其特征在于该晶体采用提拉法生长，以K2CO3、La2O3和MoO3为原料，按化学反应式的比例称样、混合、压片，而Nd2O3则按所需浓度加入；在铂金坩锅中，惰性、中性或富氧气氛下提拉生长出晶体，晶体生长的参数为生长温度1070℃左右，提升速度为0.5～2.0毫米/小时，晶体转速为5～20转/分钟。
4.一种权利要求1的激光晶体掺钕钼酸镧钾的用途，其特征在于该晶体用于光谱学、生物医学、军事领域中的固体激光器。
全文摘要
本发明涉及人工晶体领域，特别是涉及一种可输出蓝色激光的晶体掺钕钼酸镧钾(Nd
文档编号C30B15/00GK1848562SQ20051006544
公开日2006年10月18日 申请日期2005年4月5日 优先权日2005年4月5日
发明者龙西法, 韩秀梅, 王国建 申请人:中国科学院福建物质结构研究所