[发明专利]自激活激光晶体钒酸镱钙及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电子功能材料技术领域，特别是涉及作为固态激光器中的激光工作物质的激光晶体材料。

背景技术

固体激光工作物质是固体激光器的核心，其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，应用最广泛的激光晶体是掺钕离子的钇铝石榴石(YAG)晶体，它具有较好的各种物理和化学性能，且易于生长出高光学质量、大尺寸的优质晶体。但它存在着吸收谱线窄、掺杂浓度低，不适宜于用LD来进行泵浦等缺点，而LD泵浦将是今后激光泵浦源的发展方向。

目前，使用最广泛的稀土掺杂离子是钕离子和镱离子，镱离子是能级结构最简单的离子，其吸收带宽且能与InGaAs LD泵浦源有效耦合，非常适合采用LD泵浦。相比于钕离子，镱离子有很多优点，如不存在激发态吸收和上转换，具有高的荧光寿命和光转换效率等等。因此，近年来镱离子成为激光晶体激活离子的热门之选。

自激活激光晶体，指的是晶体本身的组成成分中就含有激活离子的晶体，激活离子不是作为掺杂离子掺杂进去的。由于它含有较高浓度的激活离子，因此，一直是科学家追求的目标。世界上第一个自激活激光晶体是1972年发现的(H.G.Danielmeyer，H.P.Weber，J.Quant.Electro.QE-8(1972)805.)，随后又发现了多个自激活激光晶体，但由于他们都存在着各种不同的缺陷，无法投入实际使用。目前，最著名的自激活激光晶体是硼酸钕铝晶体[NdAl₃(BO₃)₄，NAB]，其激光实验已获得成功，但由于其为非同成分熔化，要得到高光学质量的晶体极为困难，限制了它的推广使用。

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、大尺寸的、适合于LD泵浦的优质自激活激光晶体材料。

发明内容

本发明的目的就在于研制一种新的、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。

本发明的Ca₉Yb(VO₄)₇晶体属于三方晶系，具有R3cH空间群结构。在该晶体中，Yb³⁺离子既是激活离子，又是晶体本身化学计量比的一个成分，激活离子的浓度很高，可达1.55×10²¹cm^-3，荧光寿命(τ)为403μs，表明浓度猝灭效应较弱，有很高的增益，有利于提高激光晶体的转换效率。因此，该晶体特别适合作为激光晶体用于全固态微片激光器和微型激光器中。

自激活激光晶体钒酸镱钙及其制备方法，本发明的Ca₉Yb(VO₄)₇晶体是一种同成分熔化的化合物，我们经过实验找到了采用提拉法(Czochralski方法)生长Ca₉Yb(VO₄)₇晶体的较理想的生长条件，并生长出了高质量、较大尺寸的Ca₉Yb(VO₄)₇晶体。

具体的化学反应式如下：

18CaCO₃+Yb₂O₃+7V₂O₅＝2Ca₉Yb(VO₄)₇+18CO₂

所用的原料纯度及厂家如下：