[发明专利]一种Ho3+/Pr3+共掺杂氟化钇锂单晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及氟化钇锂晶体，具体涉及一种具有增强2.9μm中红外波段发射特性的Ho³⁺/Pr³⁺共掺杂氟化钇锂单晶体及其制备方法。

背景技术

近年来，由于在激光医学手术、遥感、激光雷达、化学传感和军事等方面的重要应用，中红外2.9μm中心波段的固体激光器受到国内外研究机构的高度重视。

稀土离子掺杂的无机材料是获得近红外及中红外激光有效途径之一。大多数镧系族稀土离子具有丰富的能级结构。其中Ho³⁺稀土离子的⁵I₆→⁵I₇能级跃起能产生2.9μm的荧光发射，以Ho³⁺为发光中心的2.9μm中红外激光材料已有一定的研究。主要是Ho³⁺离子单掺杂SrMoO₄、La₃Ga₅SiO₁₄、NaLa(MoO₄)₂、ZnWO₄、SrWO₄、LiYF₄的晶体，以及与Ho³⁺一起（如Nd³⁺等）多掺杂的LiYF₄单晶体。由于应用于中红外波段的发光，因此材料的基质主要为透中红外的氟化物与硫化物为主。

Ho³⁺离子中⁵I₇的荧光寿命很长，因此由⁵I₆→⁵I₇能级跃迁所发射的2.9μm波段的发光效率相对较低，容易导致2.9μm荧光的自猝灭现象，这将严重制约该类材料在2.9μm波段中红外激光器中的应用。

尽管在氟化物与硫化物玻璃中通过稀土离子的敏化作用实现了Ho³⁺离子的2.9μm中红外增强发光效果，但对于氟化物与硫化物等玻璃材料而言，高质量大块尺寸玻璃制备，特别是玻璃材料机械性能、热学性能、物化性能及机械强度差等方面难以解决的本身缺陷和技术难点制约其发展，也成为特种玻璃光纤走向实用化的最大障碍。

与玻璃态材料相比，单晶体的刚性周期性对称结构有利于获得高的发光效率以及实现激光的输出；与相应的氟化物玻璃基质相比，氟化物晶体材料具有优异的热学、机械、化学稳定性，更加容易加工，更适合于在激光器件中的应用；选用合适的材料作为稀土离子掺杂基质，稀土离子掺杂的晶体不仅是获得2.9μm中红外光源的有效途径，而且具有全固态、稳定性好、小型化与器件化。但迄今未见通过Pr³⁺稀土活性离子的敏化作用，实现Er³⁺离子增强2.9μm中红外发发光晶体材料的工艺制备、发光特性的任何报道。这主要是因为单晶体材料的制备需要很高的工艺技术，同时由于稀土离子掺杂于晶体的格位中，而不是掺杂于基质的空隙中（玻璃态中的情况），因此相对来说很难把稀土离子，特别是多种稀土离子共掺杂于氟化物与硫化物晶体中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能与Ho³⁺中心发光离子发生有效的能量传递，能大幅度提高2.9μm中红外发光强度的具有优异的机械性能、热学性能、物化性能及光学透过性能的用于2.9μm波段增强发射的Ho³⁺/Pr³⁺共掺杂氟化钇锂单晶体及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种Ho³⁺/Pr³⁺共掺杂氟化钇锂单晶体，该氟化钇锂单晶体是一种稀土离子Ho³⁺/Pr³⁺共掺杂的单晶体，其分子式为LiY_(1-x-y)Ho_xPr_yF₄，其中0.004≤x≤0.08，0.0002≤y≤0.01。

一种用于2.9μm波段增强发射的Ho³⁺/Pr³⁺共掺杂氟化钇锂单晶体的制备方法，包括以下步骤：