专利名称：一种掺钕氟化钇钆锂晶体及其生长方法
技术领域：
本发明涉及光电子功能材料领域，特别涉及人工晶体生长领域，尤其涉及一种掺钕氟化钇钆锂晶体及其生长方法。
背景技术：
氟化钇锂(简称YLF)，是白钨矿型四方晶系结构的正光性单轴晶体，空间群为141/9，对称轴为4/m。Nd: YLF能产生1.047 iim和1.053 y m波长激光，后一波长与磷酸盐铁玻璃激光器的中心发射波长相匹配，在激光核聚变装置中，是激光振荡器和前级放大器的有效工作物质。NdiYLF是继Nd = YAG之后又一种非常重要的晶体激光工作物质，YLF晶体基质紫外吸收截止波长短，透光波段范围宽，折射率温度系数为负值，热透镜效应小，晶格中适合各种稀士离子掺杂，可实现大量波长，特别是紫外波长的激光振荡。Nd:YLF晶体吸收谱线宽，荧光寿命长，输出偏振，适合LD泵浦，广泛用于各种工作方式的脉冲和连续激光器，尤其是用于单模输出、Q开关超短脉冲激光器中。Nd:YLF晶体p偏振1.053_激光与磷酸盐钕玻璃1.054mm激光波长匹配，因而是钕玻璃激光核聚变系统振荡器的理想工作物质。Nd = YLF激光晶体的优点(I)可以发射1.053MB1和1.047Mm两种波长激光；(2)非线性折射率(n2)小；、(3)激光损伤阈值高；(4)热透镜效应小，因而激光输出稳定，光束质量好；(5)容易实现单模激光输出，TEM00模转换效率比Nd = YAG大5倍，模体积大4倍；(6)荧光谱线宽，激光脉宽容易压缩，可用于超短脉冲激光器；(7)荧光寿命长，吸收带宽，适合LD泵浦，可用于无水冷、LD泵浦小型激光器。因为Nd = YLF 具有上述优点，其在单模、高稳定状态、超快激光器和LD泵浦激光器应用上比Nd = YAG更优越。Nd: YLF激光器通过变频技术可获得蓝光输出，Nd = YLF蓝光激光器在蓝色光源、信息贮存、显示等方面有重要应用背景。另外，Nd:YLF可发射1.053Mffl和1.047Mm两种激光波长，1.053Mm波长激光与激光核聚变系统放大级所用的磷酸盐钕玻璃的发射波长相匹配，被用作该系统的激光振荡器工作物质。因此，在激光核聚变工程上有重要用途。但是要获得高光学质量，物理性能优良的Nd = YLF晶体并不容易，NdiYLF晶体是用Nd去取替Y，由于Nd3+(R = 1.0A)和Y3+(R = 0.89A)的离子半径的不匹配性，决定掺Nd后晶体内应力增大，增加了晶体生长的难度，另外由于Nd = YLF晶体的热导率小(0.06W /Cm-0C),因而生长过程中晶体容易开裂并且产生不透明的夹层，从而影响了 Nd:YLF晶体内部质量及光学均匀性，大大降低晶体加工器件的成品率。针对Nd = YLF晶体成品率低的问题，研究制备了掺钕氟化钇钆锂晶体，掺钕氟化钇钆锂晶体的化学式为:Ndx:Y(1_x_y)GdyLiF4。其中X=(H).02，y=0.0f 0.1,掺钕氟化钇钆锂晶体是白钨矿型四方晶系结构的正光性单轴晶体，空间群为141/9，对称轴为4/m。密度3.95g/cm3,莫氏硬度4-5，Gd与Y是性质相近的稀土元素，Gd(R = 0.93A)的离子半径比Y离子半径大4%，刚好介于Nd3+(R = 1.0A)与Y3+(R = 0.89A)之间，大离子半径Gd3+的掺入部分替代Y3+进入晶格所形成的张力可减小Y3+附近刃型位错应变能，从而可以抑制位错的迁移和重排，从而降低位错的密度，即抑制小角晶界的形成，可以有效改善Nd:YLF晶体的光学均匀性，获得高光学质量，物理性能优良的掺钕氟化钇钆锂激光晶体。
发明内容
本发明的目的是提供一种光学均匀性好，物理机械性优良，能够直接使用激光二极泵浦及灯泵浦且具有高转换效率的掺钕氟化钇钆锂晶体及其生长方法。本发明的技术方案如下:
一种掺钕氟化钇钆锂晶体，属于四方晶系，以稀土钕为激活离子，其特征在于:所述掺钕氟化钇钆锂晶体的化学式为Ndx: Y(1-x-y)GdyLiF4，其中x=(T0.02, y=0.005^0.1 ；
掺钕氟化钇钆锂激光晶体采用熔体提拉技术进行单晶生长，生长方法步骤如下:
1)生长原料合成:按Ndx:Y(1-x-y)GdyLiF4化学计量比将预先自行制备和提纯的YF3,Nd F3, LiF,和Gd &称取药品、充分混合均匀后放入玛瑙钵中研磨，压片，高温烧结；
2)晶体生长:在提拉炉中，在惰性气体的保护下，缓慢升温使原料完全熔化后，在熔化温度点高30° C的温度下恒温24h，使熔液均匀化；随后将温度缓慢降至估计的生长温度，将Ndx: Y (1-x-y) GdyLiF4晶体小籽晶固定在晶杆上缓慢降至液面，进行晶体生长，其生长温度为800 900° C，生长速度0.5 2mm/h，晶体转速10 30转/分钟，通过欧陆表调节熔体温度，以控制晶体生长形态；
3)晶体退火:将晶体缓慢摇脱液面后停止提拉，并以5 20°C/h的速率将温度降至室温，得到掺钕氟化钇钆锂晶体。
采用本发明的技术方案生长出的晶体采用激光二极管或闪光灯泵浦后，可以发射1.053Mm和1.047Mm两种波长激光，其激光二极管泵浦光_光转换效率超过60%。其中
1.053Mm波长激光与激光核聚变系统放大级所用的磷酸盐钕玻璃的发射波长相匹配，被用作该系统的激光振荡器工作物质。因此，在激光核聚变工程上有重要用途。该激光晶体采用提拉法进行生长，工艺简单，能够实现大规模低成本的批量生产。
具体实施方式
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实施例一:
1)按Nd。.^Ya97Gdtl.Q2LiF4化学计量比将预先自行制备和提纯的YF3，Nd F3, LiF和GdF3称取药品，充分混合均匀后放入玛瑙钵中研磨，压片，高温烧结；
2)在提拉炉中，在惰性气体的保护下，缓慢升温使原料完全熔化后，在熔化温度点高30 ° C的温度下恒温24h，使熔液均匀化；随后将温度缓慢降至估计的生长温度，将Ndacil = Ya97GcULiFJd:^小籽晶固定在晶杆上缓慢降至液面，进行晶体生长，其生长温度为850° C，生长速度l_/h，晶体转速15转/分钟，通过欧陆表调节控制熔体温度，以控制晶体生长形态；
3)将晶体缓慢摇脱液面后停止提拉，并以15°C/h的速率将温度降至室温，得到尺寸约￠30 X 120mm(等径部分)的高质量Ndatll = Ya97Gdatl2LiF4激光晶体。
权利要求
1.一种掺钕氟化钇钆锂激晶体，属于四方晶系，以稀土钕为激活离子，氟化钇钆锂为基质物质，其特征在于:所述掺钕氟化钇钆锂晶体的化学式为Ndx:Y(1-x-y)GdyLiF4，其中x=0 0.02，y=0.005 0.1。
2.一种掺钕氟化钇钆锂晶体生长方法，其步骤包括生长原料制备，晶体生长和退火，其特征在于:所述生长原料为提纯的Y F3，Nd F3,LiF和Gd F3按照Ndx:Y(1_x_y)GdyLiF4化学计量比配置后制备而成。
3.根据权利要求2所述的一种掺钕氟化钇钆锂晶体生长方法，其特征在于:所述晶体生长参数为生长温度80(T900° C，生长速度0.5 2mm/h，转速10 30转/分钟。
4.根据权利要求2所述的一种掺钕氟化钇钆锂晶体生长方法，其特征在于:所述晶体退火速率为5 20° C/h。`
全文摘要
本发明涉及一种掺钕氟化钇钆锂晶体及其生长方法，原理是在Nd:YLF晶体中掺入GdF3，其化学式为Ndx:Y(1-x-y)GdyLiF4。其中x=0~0.02,y=0.005~0.1，Gd与Y是性质相近的稀土元素，Gd离子半径比Y离子半径大4%，刚好介于Nd3+与Y3+之间，大离子半径Gd3+的掺入部分替代Y3+进入晶格，减小了晶体的内部张力，同时减小Y3+附近刃型位错应变能，从而可以抑制位错的迁移和重排，从而降低位错的密度，即抑制小角晶界的形成，可以有效改善Nd:YLF晶体的光学均匀性，获得高光学质量，物理性优良的掺钕氟化钇钆锂晶体，其激光二极管泵浦光-光转换效率超过60%，该激光晶体采用提拉法进行生长，工艺简单，能够实现大规模低成本的批量生产。
文档编号C30B29/12GK103103610SQ20121056573
公开日2013年5月15日 申请日期2012年12月24日 优先权日2012年12月24日
发明者张作望, 吴少凡 申请人:福建福晶科技股份有限公司