[发明专利]镱碱共掺氟化铅晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光晶体材料，尤其是一种镱碱共掺氟化铅晶体及其制备方法，该晶体可应用在全固态LD泵浦的高重频、高功率、可调谐或超短脉冲激光器中。

背景技术

激光技术自第一台激光器发明以来得到了突飞猛进的发展，在工业、医疗、信息科学、生物技术和军事上得到了广泛的应用。激光技术在国民经济中的应用表现在已大量应用于医疗、通信、印刷、和电子工业等。随着激光功率的提高，高能激光可以用于多种材料的切割、钻孔、焊接和表面处理。由于激光可以远距离作用于工件上，适合用于对人体有危害的环境，如核电站设备的拆除。正在研究激光推进技术，利用地面发射的激光给火箭发动机的推进剂供能，形成高温高压气体或等离子体，产生火箭推力。高能激光系统还可用于向空间轨道卫星供能，以延长卫星寿命；还可以在空间收集太阳能，将其转换为激光能量，向地面进行能量定向传输，再转换为热能或电能应用。激光在军事上也有多方面的应用，如军事通信、激光雷达和激光制导等，还有高功率大能量的激光杀伤性武器。

采用半导体激光器泵浦的全固态激光器由于具有了体积小、效率高，寿命长和光速质量号等特点被广泛研究，其中高功率大能量固体激光器是固体激光器发展的一个重要方向。Yb³⁺离子为能级结构最简单的激活离子，电子构型为[Xe]4f¹³，仅有两个电子态，基态²F_7/2和激发态²F_5/2，相隔大约10000cm^-1，更高的激发态在5d构型内，与²F_5/2相距约10000cm^-1，在紫外波段。在晶场作用下，基态能级和激发态能级分别分裂为4个和3个斯托克(stark)子能级，从而形成准三能级的激光运行机制；Yb³⁺具有不存在激发态吸收、无上转换、可实现高掺杂浓度、量子效率高和荧光寿命长等优点而用作高能量激光材料的激活离子。但是目前被广泛应用的Yb:YAG晶体由于存在“核心”、自吸收等问题导致激光阈值高，而最近出现的Yb:CaF₂高能量激光材料的吸收和发射截面偏小。因此研究新的掺镱激光材料对发展高能量激光器具有重要意义。

同时国际上新的清洁能源项目：惯性聚变能源(Inertial Fusion Energy，简称为IFE)，即基于惯性约束聚变(ICF)获得洁净的氘氚DT聚变能、并具有商业应用价值的新型能源。目前用于ICF的灯抽运钕玻璃技术发展起来的单次运行的高峰值功率、高能量固体激光器，其效率、重复频率不能满足将来的应用需求。因此需要发展新一代二级管泵浦高能量固体激光器：效率0.75％提高到15％以上，重复率从10^-4Hz提高到10Hz。

掺镱氟化铅晶体可以用作激光材料，但其激光波长位置的发射截面低、荧光寿命不高。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种镱碱共掺氟化铅晶体及其制备方法，获得镱碱共掺氟化铅晶体，以应用在全固态激光二极管(LD)泵浦的高重频、高功率、可调谐或超短脉冲激光器中。

该晶体可以表示为：Yb_x:M_y:PbF₂，其中M(为Na⁺、K⁺、Li⁺)用来平衡Yb³⁺离子取代Pb²⁺引起的体系电荷不平衡。

本发明的技术解决方案如下：

一种镱碱共掺氟化铅晶体，其特点在于该晶体的分子结构式为：Yb_x:M_y:PbF₂，其中x为Yb³⁺的掺杂浓度，x的摩尔比取值范围为：0.001～0.10；M为Na⁺、K⁺或Li⁺，y为M离子的掺杂浓度，y的摩尔比取值范围为：0.001～0.20。

所述的镱碱共掺氟化铅晶体的制备方法，包括以下步骤：

①选定x、y摩尔比的取值，根据分子式Yb_x:M_y:PbF₂，按化学计量的摩尔比称量YbF₃、MF和PbF₂原料；