[发明专利]一种自激活激光晶体磷酸三钕的制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及光电子材料技术领域，尤其涉及自激活激光晶体磷酸三钕（Nd₃PO₇）的制备方法。

（二）背景技术

全固态激光器在工业生产、科学研究、医疗、军事等领域有广泛应用，是激光器发展和研究的主流。全固态激光器微型化是目前的发展方向，意在利用微片全固态激光器（Microchip －type solid state laser）实现小体积、高密度、中小功率激光输出。激光晶体性能对激光器的功效具有决定性影响。探索性能更加优良的激光晶体是发展全固态激光器技术的关键工作之一。

自激活激光晶体是激光技术的重要物质基础。该类晶体的激活离子不是作为杂质掺入基质晶体中，而其本身就是晶体中的一种化学计量比的组分。自激活晶体是具有高激活离子浓度的激光材料，如大发射截面、长上能级寿命，可用于发展小型高功率固体激光，满足国家发展需要，是目前科研人员致力研究的热点。目前已经报道的自激活晶体有NdAl₃(BO₃)₄,NdPO₄等,这些晶体由于荧光寿命过小等条件的限制，影响了它们的实用价值。一直以来，科学家对自激活晶体做了大量研究。但是由于晶体本身固有的一些缺陷影响了它们的应用。制备并研究性能优异、高质量的新型自激活激光晶体是当今的前沿课题。磷酸三钕（Nd₃PO₇）晶体目前只存在纳米晶，采用固相反应获得结晶相，并分析其结构，关于助熔剂制备体块晶体尚未见报道。

（三）发明内容

本发明提供一种利用非铅助熔剂体系制备自激活激光晶体磷酸三钕（Nd₃PO₇）的方法。所得磷酸三钕（Nd₃PO₇）晶体为体块晶体。

术语说明：

磷酸三钕分子式为Nd₃PO₇，按以下化学反应方程式制备:

3Nd₂O₃+2NH₄H₂PO₄=2Nd₃PO₇+2NH₃↑+3H₂O ↑

本发明的技术方案如下：

一种磷酸三钕（Nd₃PO₇）晶体的制备方法，包括步骤如下：

（1）以2N~5N氧化钕和2N~5N磷酸二氢铵为原料，按摩尔比氧化钕：磷酸二氢铵=3：2配料；助熔剂为碳酸锂与氧化钨按摩尔比为1：1~2的组合，控制溶质浓度为10-50wt%，混合均匀后放入铂金坩埚中。

（2）将铂金坩埚置于生长炉中，升温至1000℃化料,再升温至1010-1050℃，恒温24-34小时，物料充分熔化后进行搅拌；在高于熔液饱和点温度10-20℃时，下籽晶，先将籽晶置于液面上方预热，再将籽晶下入溶液中，待籽晶开始熔化时，将熔液温度降至饱和点以上1-2℃，以30-40转/每分钟的旋转速率，按正转-停-反转的循环方式旋转籽晶4小时,开始降温；降温速率按晶体生长的初期、中期、后期分段控制，初期、中期、后期每一期间各是14-16天，在生长初期降温速率为0.1-0.5℃/天，生长中期降温速率为0.5-1℃/天，生长后期降温速率为1-2℃/天，生长周期为42-48天。

（3）生长结束后，从熔液中提出晶体，以40℃/小时的降温速率降至100℃，然后自然冷却至室温。获得到了晶形完整的Nd₃PO₇晶体。

根据本发明优选的，助熔剂为碳酸锂与氧化钨摩尔比1：2或1:1的组合。

根据本发明优选的，上述步骤（2）的溶质浓度为20~25wt%。

根据本发明优选的，上述步骤（2）的籽晶是Nd₃PO₇小晶体。

本发明采用助熔剂生长法制备Nd₃PO₇，原料为氧化钕和磷酸二氢铵，助熔剂体系为碳酸锂、氧化钨的混合物,所得磷酸三钕（Nd₃PO₇）晶体为体块晶体。该磷酸三钕晶体为单斜晶系，空间群为Cm。