[发明专利]自倍频激光晶体掺钕氟硼酸钙钡

说明书

技术领域

自倍频激光晶体掺钕氟硼酸钙钡，涉及光电子功能材料技术领域中的人工晶体和晶体生长领域，尤其是涉及一种作为固态激光器中的工作物质的自倍频激光晶体材料。

背景技术

激光晶体是固体激光器的工作物质，它是指以晶体为基质，通过分立的发光中心吸收泵浦光能量并将其转化为激光输出的发光材料。固体激光工作物质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，其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，不适宜于用LD来进行泵浦的缺点，而LD泵浦将是今后激光泵浦源的发展方向。

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、大尺寸并适合于LD泵浦的优质激光晶体材料。钕离子由于具有较好的光谱性能，广泛地被用作激活离子，用于产生1060nm和900nm左右波长的激光。

倍频是激光技术中经常用到的一种改变激光束输出波长的方法。自倍频激光晶体，是利用基质晶体的非线性光学效应，将激活离子的受激发射(基波)转变成二次谐波，所以它既具有激光晶体的受激发射功能，又具有非线性光学晶体的非线性光学性质，从而可以实现自倍频、自倍频、自锁模等多功能，具有独特的优越性。获得自倍频激光，是科学家们长期以来追求的目标。

BaCaBO₃F是一类优秀的非线性光学材料，同时可掺入激活离子而获得自倍频输出，如掺入Yb³⁺离子BaCaBO₃F被认为是一种潜在的自倍频激光晶体(参见IEEE J.Quantum Electron.32(1996)741)。迄今为止，以BaCaBO₃F为工作物质，掺入Nd³⁺离子，从而获得基频和倍频激光输出，尚无相关报道。

发明内容

本发明的目的就在于研制一种新的自倍频激光晶体材料。

本发明采用如下技术方案：

1.一种自倍频激光晶体掺钕氟硼酸钙钡，其特征在于：该晶体的分子式为Nd³⁺:BaCaBO₃F，属于六方晶系，空间群为晶胞参数为Dc＝4.15g/cm³。

2.如项1所述的自倍频激光晶体掺钕氟硼酸钙钡，其特征在于：该晶体中Nd³⁺离子作为激光激活离子，掺杂于晶体中，取代晶体中Ca²⁺离子的晶格位置，其掺杂浓度在0.1～15.0at.％之间。

3.一种项1的自倍频激光晶体掺钕氟硼酸钙钡的制备方法，其特征在于：该晶体采用提拉法生长，以BaCO₃，CaCO₃，Na₂CO₃，H₃BO₃，BaF₂和Nd₂O₃为原料，按化学反应式：BaCO₃+2CaCO₃+2H₃BO₃+BaF₂＝2BaCaBO₃F+3H₂O+3CO₂↑的比例称样、混合、压片、烧结，而Nd₂O₃则按所需浓度加入，Na₂CO₃作为电荷补偿剂可适量加入；在铂金坩锅中，惰性或还原气氛下，提拉生长出晶体，晶体生长的参数为生长温度1096℃左右，提升速度为0.5～2.0毫米/小时，晶体转速为10～30转/分钟。

4.一种项1的自倍频激光晶体掺钕氟硼酸钙钡的用途，其特征在于：该晶体用于固体激光器中作为激光工作物质，产生1068nm和940nm左右波长的激光输出；或作为自倍频激光晶体获得蓝绿激光输出。

5.如项4所述的自倍频激光晶体掺钕氟硼酸钙钡的用途，其特征在于：用该晶体制成的固体激光器用于光谱学、生物医学、军事等诸多领域。