专利名称：掺铒硼酸镧钙激光晶体及其制备方法和用途的制作方法
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。
背景技术：
激光晶体是固体激光器的工作物质，它是指以晶体为基质，通过分立的发光中心吸收泵浦光能量并将其转化为激光输出的发光材料。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，但因各种原因，能真正得到实际应用的激光晶体只有十来种。
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、大尺寸并适合于LD泵浦的优质激光晶体材料。铒离子的能级非常丰富，发射波长从可见到近红外共有九个跃迁通道，其中1.55μm激光对人眼安全，在激光医疗、激光测距、激光通信等领域有着广泛的应用，对Er3+掺杂激光材料的研究也越来越受到人们的重视。
发明内容
本发明的目的就在于研制一种新的激光晶体Er3+:Ca3La2(BO3)4，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。
Er3+:Ca3La2(BO3)4晶体属于正交晶系，具有Pnam空间群结构。其中铒离子是作为掺杂离子，取代镧离子的晶格位置，铒的掺杂浓度在0.05at％～10at％之间。实验结果表明其可输出1.55μm左右波长的激光，可作为激光晶体。
Er3+:Ca3La2(BO3)4晶体是一种同成分熔化的化合物，是采用提拉法生长出的，按化学反应式3CaCO3+La2O3+4H3BO3＝＝Ca3La2(BO3)4+3CO2↑+6H2O↑的比例进行称样、混合、压片，而Er2O3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铱坩锅中、惰性气体(如N2、Ar等)气氛下进行，晶体生长的参数为生长温度1420℃左右，提升速度为0.5～2.0毫米/小时，晶体转速10～25转/分钟，生长出了高质量的Er3+:Ca3La2(BO3)4晶体。
将生长出的Er3+:Ca3La2(BO3)4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Pnam，晶胞参数为a＝7.242(1)，a＝16.129(1)，c＝8.688(1)，V＝1014.83，密度4.145g/cm3；采用油浸法测得其折射率为1.74，用显微维氏硬度计测得硬度为5.5莫氏硬度。
将生长出的Er3+:Ca3La2(BO3)4晶体，进行吸收光谱、荧光光谱及荧光寿命等分析测试，结果表明铒离子掺杂浓度为5at.％的Er3+:Ca3La2(BO3)4晶体的主吸收峰在522nm和973nm，其中522nm的半峰宽为8nm，吸收跃迁截面为3.35×10-20cm2，适合氙灯泵浦。而973nm的半峰宽为19nm，吸收跃迁截面为5.44×10-21cm2，适合LD泵浦。其发射峰1534nm的半峰宽(FWHM)为65nm，荧光寿命为0.63ms，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。因此，Er3+:Ca3La2(BO3)4晶体能得到较大的输出，是一种高转换效率、低成本、高光学质量和有实际应用前景及使用价值的激光晶体。
Er3+:Ca3La2(BO3)4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，很容易用氙灯泵浦和LD泵浦获得激光输出，激光输出波长为1.55μm左右，该晶体可作为一种较好的激光晶体。
具体实施例方式
实施例1提拉法生长掺杂浓度为5.0at.％Er3+的Er3+:Ca3La2(BO3)4激光晶体。
将按配比准确称量好的CaCO3、La2O3、H3BO3、Er2O3混合研磨均匀，压片后，放入φ60×40mm3的铂坩锅中，在马弗炉中于800℃固相反应12小时；取出后，重新研磨压片再升温至1200℃反应24小时。将合成好的以上样品放入铱坩锅中，采用提拉法，在N2气氛中，生长温度为1420℃、晶体转速为15转/分钟，拉速为0.8毫米/小时的情况下，生长出了尺寸为25×20×20mm3的高质量的Er3+含量为5.0at.％的Er3+:Ca3La2(BO3)4晶体。
实施例2提拉法生长掺杂浓度为1.0at.％Er3+的Er3+:Ca3La2(BO3)4激光晶体。
将按配比准确称量好的CaCO3、La2O3、H3BO3、Er2O3混合研磨均匀，压片后，放入φ60×40mm3的铂坩锅中，在马弗炉中于800℃固相反应12小时；取出后，重新研磨压片再升温至1200℃反应24小时。将合成好的以上样品放入铱坩锅中，采用提拉法，在N2气氛中，生长温度为1420℃、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28×22×20mm3的高质量的Er3+含量为1.0at.％的Er3+:Ca3La2(BO3)4晶体。
权利要求
1.一种掺铒硼酸镧钙激光晶体，其特征在于该晶体的分子式为Er3+:Ca3La2(BO3)4，Er3+离子掺杂浓度在0.05at.-10at.％之间，属于正交晶系，空间群为Pnam，晶胞参数为a＝7.242(1)，b＝16.129(1)，c＝8.688(1)，V＝1014.83，密度4.145g/cm3，折射率1.74，莫氏硬度为5.5。
2.一种权利要求1的掺铒硼酸镧钙激光晶体的制备方法，其特征在于该晶体采用提拉法生长。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于该提拉法以La2O3、CaCO3、H3BO3和Er2O3为原料，惰性气体气氛下生长，晶体生长的参数为生长温度1420℃左右，提升速度为0.5～2.0毫米/小时，晶体转速为10～25转/分钟。
4.一种权利要求1的掺铒硼酸镧钙激光晶体的用途，其特征在于该晶体用于固体激光器中作为激光工作物质。
全文摘要
掺铒硼酸镧钙激光晶体及其制备方法和用途，涉及人工晶体领域。采用提拉法(Czochralski方法)，在1410℃左右，以10－25转/分钟的晶体转速，0.5－2毫米/小时的拉速，生长出了高质量、较大尺寸的Er
文档编号C30B15/00GK101037799SQ20061006757
公开日2007年9月19日 申请日期2006年3月17日 优先权日2006年3月17日
发明者王国富, 韦波, 林州斌, 张莉珍, 胡祖树 申请人:中国科学院福建物质结构研究所