[发明专利]掺钬氟化钆钇钡晶体及其生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种掺钬氟化钆钇钡晶体及其生长方法，掺钬氟化钆钇钡晶体是一种激光晶体，简式为Ho:BaYGdF₈，属于光电子材料技术领域。

背景技术

掺钬激光具有大气传输特性好、烟雾穿透能力强、保密性好等特点，被应用于激光测距、激光雷达、光电干扰、遥感、环境监测、光通讯等领域。另外，掺钬激光在水中有较强吸收，从而不仅对人眼安全，而且能够精确介入生物组织，因此，能够应用于眼科手术等。

掺钬激光所用激光材料为掺钬激光晶体，包括氟化物晶体，如Ho:BaY₂F₈，属于单斜晶系，其折射率温度系数较小，升温造成的折射率减小可以部分抵消因热膨胀引起的光程增大，因而热透镜效应很小。激光振荡阈值大为降低，增益明显提高，具有荧光寿命长、热效应小等特点。尽管Ho:BaY₂F₈激光晶体性能优异，但是，因钬、钇离子半径匹配方面的原因，钬、钇取代量少，致使掺钬激光晶体掺杂浓度低，只有30at.％，不能满足大功率激光器对激光材料的要求；如果一味提高掺杂浓度，将导致晶体形貌变劣，甚至无法继续生长，形貌变劣也会导致激光晶体发光强度降低。

现有Ho:BaY₂F₈晶体的生长方法如下：

1、生长料制备

提供F、Y、Ba元素的原料及摩尔比为BaF₂∶YF₃＝1∶2，确定HoF₃为x摩尔，则YF₃为2(1-x)摩尔，其中x的取值范围为0.005mol≤x≤0.3mol。将所述各组分充分混合，通过HF气氛处理，用液压机压制成块状生长料。

2、晶体生长

采用提拉法生长Ho:BaY₂F₈晶体。将所述块状生长料装入单晶炉，抽真空，充入氩气，晶体生长的工艺参数确定为：提拉速度0.5mm/h，旋转速度5～7rpm，生长温度980℃。

3、退火

晶体生长完毕后，采用原位退火的方式缓慢将炉温降至室温，取出晶体。

所述Ho:BaY₂F₈晶体生长方法其不足在于，在生长Ho:BaY₂F₈晶体的过程中，由于BaY₂F₈熔点偏高，如980℃，另外，熔体粘度大，这些原因导致难以生长出大尺寸的Ho:BaY₂F₈晶体，如由所述Ho:BaY₂F₈晶体生长方法获得的晶体尺寸只有Φ20mm×25mm，难以充分满足诸如激光测距、激光雷达、光电干扰、遥感、环境监测、光通讯等领域对掺钬激光器的要求。

发明内容

为了提高掺钬激光晶体的掺杂浓度，并且生长出大尺寸、形貌好的晶体棒，我们提出一种掺钬氟化钆钇钡晶体及其生长方法的方案，该方案须根据钆与钇的不同，对现有掺钬激光晶体生长方法做出调整，获得的掺钬氟化钆钇钡晶体掺杂浓度高、尺寸大、形貌好，而且与现有Ho:BaY₂F₈晶体具有相似的荧光光谱，用于大功率固体激光器。

本发明之掺钬氟化钆钇钡晶体属于单斜晶系，以稀土元素钬为激活离子，其特征在于，晶体基质为氟化钆钇钡，掺钬氟化钆钇钡晶体分子式为Ho:BaYGdF₈。

本发明之掺钬氟化钆钇钡晶体生长方法包括生长料制备、晶体生长以及退火三个步骤，其特征在于，在生长料制备步骤中，提供F、Gd、Y、Ba元素的原料及摩尔比为BaF₂∶GdF₃∶YF₃＝1∶1∶1，确定HoF₃为x摩尔，GdF₃为(1-x)摩尔，BaF₂为1摩尔，其中x的取值范围为0.005mol≤x≤1mol；在晶体生长步骤中，晶体生长工艺参数确定为：提拉速度0.3～0.8mm/h，旋转速度3～10rpm，生长温度880～903℃。