本發(fā)明專利技術(shù)公開鉺摻雜硼酸鍶鐿晶體及其制備方法與用途。該晶體化學式為ErxYb(1-x)Sr3(BO3)3，其中x=0.5-5mol%，該晶體屬于三方晶系，為單軸晶，空間群為，晶胞參數(shù)為a=12.4590(16)?，c=9.2839(16)?，α=β=90°，γ=120°。該晶體在空氣中不潮解，具有良好的熱、機械和化學穩(wěn)定性。可用提拉法生長、制備成本較低。以該晶體為增益介質(zhì)可以實現(xiàn)1.55μm波段的激光輸出。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及固體激光材料領域。
技術(shù)介紹
鉺離子(Er3+)產(chǎn)生的I. 55 μ m波段激光位于光纖通信和大氣傳輸窗口，而且該波段激光對人眼安全，因此被廣泛應用于醫(yī)學、軍事、精密測距、精密遙感測量和光通訊等國防和民用領域。目前I.55μπι波段激光輸出性能較好的是Er3+和Yb3+雙摻硼酸鹽晶體，如Er:Yb:RCa40(BO3)3、Er:Yb:RAl3(BO3)4'和 Er:Yb = Sr3R2(BO3)4 (R=Y, Gd)晶體。在上述晶體中，EriYbiRCa4O(BO3)3晶體在峰值976nm處的吸收半高寬僅有3_4nm，不利于InGaAs半導 體激光器的泵浦；Er:Yb = RAl3(BO3)4晶體只能采用周期長、成本高、難生長的熔鹽法生長；Er:Yb:Sr3R2 (BO3)4晶體雖然可采用周期短、成本低、易生長的提拉法生長，但該晶體屬于雙軸晶，其各向異性較強，激光運轉(zhuǎn)過程中容易開裂。此外，在上述激光晶體中通常要摻入O. 5-5. Omo 1%的Er3+離子和10_30mol%的Yb3+離子以實現(xiàn)I. 55 μ m波段激光輸出，然而高濃度的Yb3+離子摻雜可能降低激光晶體的光學質(zhì)量和熱機械性能，從而影響該波段激光的輸出性能。因此，尋找合適的基質(zhì)材料以實現(xiàn)I. 55 μ m波段激光輸出一直是人們研究的熱點。Er: YbSr3 (BO3) 3晶體屬于三方晶系，為單軸晶，可采用提拉法生長。此外，該激光晶體中敏化離子Yb3+是基質(zhì)晶體本身組成之一，而不是以一種“摻雜”的形式存在于晶體中；同時，由于Er3+ (O. 890A)和Yb3+ (O. 868A)離子的半徑非常接近，因此在YbSr3 (BO3) 3晶體中摻入Er3+離子，可以有效地減少晶體生長過程中產(chǎn)生的缺陷，提高晶體的光學質(zhì)量和輸出激光的性能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于制備一種新的激光晶體Er = YbSr3(BO3)3,通過控制晶體中Er3+離子的濃度，以實現(xiàn)I. 55 μ m波段激光輸出。本專利技術(shù)包括如下技術(shù)方案本專利技術(shù)制備的鉺摻雜硼酸鍶鐿晶體分子式為ErxYb(1_x)Sr3(BO3)3，其中x=0. 5-5mol%，該晶體屬于三方晶系，為單軸晶，空間群為晶胞參數(shù)為a=12. 4590 (16) A,c=9. 2839 (16)Α, α=β=90°，y =120°。所述晶體采用提拉法進行生長，其制備工藝如下采用符合ErxYb(1_x)Sr3(B03)3摩爾比的Er203、Yb2O3> SrCO3和過量l-5mol%的H3BO3為原料，使其固相反應充分，然后將反應后的產(chǎn)物置于單晶提拉爐中進行晶體生長，拉速為O. 5-3. Omm/h，轉(zhuǎn)速為10-20rpm，縱向的固液界面溫度差為10-30°C，最后經(jīng)退火完成生長過程。該晶體用于固體激光器中作為增益介質(zhì)，使用976nm附近波長的紅外激光作為泵浦源，實現(xiàn)I. 55 μ m波段激光輸出。實施本專利技術(shù)技術(shù)方案具有的有益效果是ErxYb(1_x)Sr3(BO3)3激光晶體在空氣中不潮解、可用提拉法生長、制備成本較低，生長的晶體具有良好的熱、機械和化學穩(wěn)定性；以ErxYb(1_x)Sr3 (BO3)3晶體為增益介質(zhì)可以實現(xiàn)I. 55 μ m波段的激光輸出；Er3+離子在該晶體中還具有較寬的發(fā)射帶，因此以ErxYb(1_x)Sr3(BO3)3晶體為增益介質(zhì)還可實現(xiàn)可調(diào)諧和超短脈沖激光輸出。具體實施例方式實例I :970nm半導體激光端面泵浦采用提拉法生長的Eratll = Yba99Sr3(BO3)3晶體實現(xiàn)1546nm激光輸出。 稱取O. 50g 的 Er203>51. 35g 的 Yb2O3'117. 74g 的 SrCO3 和 49. 80g 的 H3BO3,將這四種原料一起置于瑪瑙研缽中研磨混合均勻，用油壓機以2噸/cm2的壓強壓成塊體，分別在500°C和1000°C各燒20小時，然后再把燒結(jié)的原料取出來研磨、壓片、燒結(jié)，這樣反復操作3次以使原料固相反應充分，然后將反應后的產(chǎn)物轉(zhuǎn)入銥坩堝中，置入氮氣氣氛保護下的單晶提拉爐中進行晶體生長。生長過程與參數(shù)為先將原料升溫熔化，熔點約為1400°C，升溫至高出熔點約30°C并恒溫2小時，讓原料充分混合均勻，然后緩慢降溫至高出熔點5°C左右，弓I入籽晶，經(jīng)引種、放肩、等徑生長，拉速為O. 5-3. Omm/h,轉(zhuǎn)速為10_20rpm，縱向的固液界面溫度差為10-30°C，最后退火完成生長過程。生長得到尺寸大于ct20mmX30mm的EraC11 :Yba99Sr3 (BO3)3優(yōu)質(zhì)透明單晶。然后將I. 25_厚的晶體(端面積一般在平方毫米到平方厘米)端面拋光后置于激光腔中，入射鍍膜腔鏡在970nm波長處高透、I. 55 μ m波段處高反(R>99%)，出射鍍膜腔鏡在970nm波長處高反(R>98%)、I. 55 μ m波段處透過率為I. 2%。利用970nm半導體激光端面泵浦即可得到斜率效率約為5. 5%和輸出功率約為O. 39W的1546nm固體激光輸出。實例2 970nm半導體激光端面泵浦采用提拉法生長的Eratl2 = Yba98Sr3(BO3)3晶體實現(xiàn)1539nm激光輸出。稱取I. OOg 的 Er2O3^50. 83g 的 Yb2O3'117. 74g 的 SrCO3 和 49. 80g 的 H3BO3,將這四種原料一起置于瑪瑙研缽中研磨混合均勻，用油壓機以2噸/cm2的壓強壓成塊體，分別在500°C和1000°C各燒結(jié)20小時，然后再把燒結(jié)的原料取出來研磨、壓片、燒結(jié)，這樣反復操作3次以使原料固相反應充分，然后將反應后的產(chǎn)物轉(zhuǎn)入銥坩堝中，置入氬氣氣氛保護下的單晶提拉爐中進行晶體生長。生長過程與參數(shù)為先將原料升溫熔化，熔點約為1400°C，升溫至高出熔點約30°C并恒溫2小時，讓原料充分混合均勻，然后緩慢降溫至高出熔點5°C左右，弓I入籽晶，經(jīng)引種、放肩、等徑生長，拉速為O. 5-3. Omm/h,轉(zhuǎn)速為10_20rpm，縱向的固液界面溫度差為10-30°C，最后退火完成生長過程。生長得到尺寸大于ct20mmX30mm的Er。.C12 :Yba98Sr3 (BO3)3優(yōu)質(zhì)透明單晶。然后將I. 26mm厚的晶體(端面積一般在平方毫米到平方厘米)端面拋光后置于激光腔中，入射鍍膜腔鏡在970nm波長處高透、I. 55 μ m波段處高反(R>99%)，出射鍍膜腔鏡在970nm波長處高反(R>98%)、I. 55 μ m波段處透過率為I. 2%。利用970nm半導體激光端面泵浦即可得到斜率效率約為8. 6%和輸出功率約為O. 6W的1539nm固體激光輸出。權(quán)利要求1.一種鉺摻雜硼酸鍶鐿晶體，該晶體的分子式為ErxYb(1_x)Sr3 (BO3) 3，其中x=0. 5-5mol%,該晶體屬于三方晶系，為單軸晶，空間群為Ri，晶胞參數(shù)為a=12. 4590 (16)A，c=9. 2839(16)A，α = β =90°，γ =120°。2.權(quán)利要求I所述晶體的制備方法，采用提拉法進行生長，包括如下步驟采用符合ErxYb(1_x)Sr3 (BO3) 3 摩爾比的 Er2O3、Yb2O3、SrCO3 和過量 l本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種鉺摻雜硼酸鍶鐿晶體，該晶體的分子式為ErxYb(1？x)Sr3(BO3)3，其中x=0.5？5mol%，該晶體屬于三方晶系，為單軸晶，空間群為，晶胞參數(shù)為a=12.4590(16)？，c=9.2839(16)？，α=β=90°，γ=120°。FDA0000229659991.jpg
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃建華，黃藝東，陳雨金，林炎富，龔興紅，羅遵度，
申請(專利權(quán))人：中國科學院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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