专利名称：双掺新激光晶体的制作方法
技术领域：
本发明属于新激光晶体材料。
YAG(Er·Pr)激光工作物质输出波长为2.93μm，可广泛应用于现代医疗、军事通讯和各个科技中领域中。它在大气中损耗低，人体组织对2.93μm激光的吸收强烈，因此可作为激光外科手术刀，生物技术，光激活介质和表面处理，红外全息光参量振荡器的光源和海、陵、空三军测距、通讯等方面。
YAGEr激光晶体自1965年L.F.JohnSon等问世以来，苏联、美国等先后在晶体生长、光谱机理和激光性能方面进行了广泛研究，但尚未达到实际应用。其主要原因是由于未能解决Er3+的自终态跃迁。因为Er3+离子的激光上能级4I13/2(0.11～0.8ms)比下能级4I13/2(5～6.5ms)荧光寿命短，这就导致激光振荡只发生在抽运脉冲的前沿，然而由于下能级4I13/2粒子的堆积而阻塞激光发射，出现自终态(self-termination transitions)跃迁或称自饱和跃迁(self-saturating tran-sitions)因此不可能有效的利用△t-1毫秒的泵浦能量，使激光输出下降影响了在实际中的应用。
本发明的目的是在晶体中共掺镨，在YAG晶体共掺杂Er3+-Pr3+，在低浓度Er3+的存在下，通过交叉驰豫可以导通Er3+的激光终态4I13/2能级，达到降低阈值，提高激光效率的目的。
具体实验如下过程将9.99%的稀土氧化物(Er2O3Y2O3)用纯HNO3溶解过滤，用去离子水稀释，并加热，再用事先经分级结晶提纯的饱合草酸溶液沉淀，静止数小时后抽吸过滤、烘干、在900℃烧成氧化物。然后将稀土氧化物氧化铝在900℃烧数小时后按化学计算配比称量，混合24-36hr压成坯料，高温灼烧，用电阻炉提拉法生长晶体，提拉速度为1.5～2mm/hr，得到的毛坯在CO2气氛1300℃退火48hr，切棒抛光。
该晶体材料的组成为Y3-x-yErxpryAl5O12可变范围X0.6～1.2 Y0.01～0.05。
利用平-平腔，腔长350mm，腔镜在2.9μm反射率为R1＝96%，R2＝78%聚光筒长100mm，灯的外径为φ8mm，放电间距为100mm，最大输入电能为288;输出为36mj，输出激光波长为2.93μm。
YAG(Er3+，Pr3+)晶体在Er3+低浓度情况下，可以得到室温下2.93μm的激光振荡。
在晶体中共掺杂离子有两个作用，一是周围晶场对自由离子能级劈裂的影响，另一个是激活离子与共掺离子间的能量转移和敏化。
本发明的特点1)共掺镨，对导通Er3+激光下能级4I13/2取得了突破性的进展，2)由于Er3+能级结构关系，通常要提高Er3+浓度(＞40at%)或者加入昂贵的去激活剂(Tm3+)和敏化剂(Cr3+Yb3+)等，才会得到2.93μm的激光，本发明在Er3+浓度为20 at%左右均可以得到2.93μm激光输出。Pr3+在紫外区(320～360mm)有一很强的吸收带，会更有效的吸收泵浦能量，因而会降低阈值提高激光效率。3)不需要改动已有YAG晶体生产工艺条件。就可以得到光学质量优异的晶体。4)Pr3+具有资源丰富，易得高纯，价格便宜等特点。
YAG(Er3+.Pr3+)晶体在Er3+低浓度情况下，可以得到室温下2.93μm的激光振荡，该波长被生物组织强烈吸收，对正常细胞损伤小，光源利用率高，可以用作比YAG∶Nd3+更优越的激光手术刀，另外YAG(Er3+.Pr3+)激光是红外光纤的理想光源，在军事通讯、测距、医疗和科技方面的应用开创了更广阔的前景，在许多领域中可能取代目前应用最广泛的YAG∶Nd3+激光晶体。
本发明提供的实施例如下实施例1组成Y2.22Er0.75Pr0.03Al5O12，总重量配制500g，拉出毛坯重402g(φ27.3×130m/m)，晶体的颜色为棕褐色，切出φ5×50mm激光棒。利用平-平腔，腔长为350mm腔镜在2.9μm，反射率为R1＝96%，R2＝78%聚光筒长100mm。灯的外径为φ8mm，放电间距为100mm，最大输入电能为288。输出为36mj，输出激光波长为2.93μm。
实施例2组成Y2.4Er0.6Pr0.02Al5O12，配制拉坯，测试条件同实施例1。输出激光波长为2.93μm。
实施例3组成Y1.8Er1.2Pr0.05Al5O12，配制拉坯，测试条件同实施例1，输出激光波长为2.93μm。
权利要求
1.一种新激光晶体材料，其特征在于在YAG∶Er的组成中掺杂加进Pr3+，形成新的组成为YAG∶(Er3+Pr3+)各成分配比为Y3-x-yErxPry，可变范围X0.6～1.2，Y0.01～0.05，不改变已有工艺条件，在Er3+低浓度下，可得到室温下2.93μm的激光输出。
全文摘要
本发明属于新激光晶体材料，在YAG晶体中共掺杂Er
文档编号C30B29/28GK1059000SQ9010702
公开日1992年2月26日 申请日期1990年8月17日 优先权日1990年8月17日
发明者于亚勤 申请人:中国科学院长春应用化学研究所