[发明专利]一种中红外发光晶体材料、及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种晶体材料，尤其涉及一种中红外发光晶体材料、及其制备方法与应用。

背景技术

宽带中红外发光应用范围广泛，它可以应用于激光领域，如激光遥感、激光雷达、可调协激光或超快激光等；宽带中红外发光也可以应用于医学领域，如关节内窥镜检查、泌尿系统治疗或牙科和眼科治疗等；宽带中红外发光在军事领域也有诸多应用，如红外探测、跟踪、目标捕获或制导等。由于宽带中红外发光应用范围广泛，因而备受国内外研究人员的重视。目前研究比较多的包括半导体二极管和量子级联激光器（多数在低温下工作），以及稀土元素和过渡元素掺杂材料，如Tm³⁺、Ho³⁺、Er³⁺、Dy³⁺、Cr²⁺、Co²⁺等。自上世纪70年代美国科学家Weber首先发现Bi₄Ge₃O₁₂的闪烁性能之后，在随后的几十年里，众多的科学家对其晶体生长技术、辐照损伤、低温性能、晶体缺陷、理论计算等等各方面进行了广泛而深入的研究。尽管人们也曾尝试将其作为激光基质材料，在其中掺入稀土离子如Nd³⁺等；但是迄今为止，对于纯Bi₄Ge₃O₁₂晶体的在中红外区域的超宽带发光却没有任何的报道。

2009年，Hughes首先在5K条件下得到了掺Bi硫系玻璃在2000nm和2600nm的荧光效应。2012年，我国研究人员Cao在含有Bi₅(AlCl₄)₃的材料中观察到了1000-4000nm的弱的荧光效应，并且认为发光中心是Bi₅³⁺。随后，Alexey在AlCl₃/ZnCl₂/BiCl₃玻璃体系中，77K条件下也观察到了1300~2500nm的宽带荧光效应，他也认为发光中心是Bi₅³⁺。然而，前人的材料体系也存在一些不足，例如以上现象大多是在低温下观察到的，含有Bi₅(AlCl₄)₃的材料虽然是在室温条件下就具有中红外的发光，但是由于其材料的制备温度很低（小于350℃），稳定性和加工性能比较差，因而以上材料的实用性还比较欠缺。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种中红外发光晶体材料及其制备方法与应用，本发明提供的中红外发光晶体材料稳定性好，具有高效发光效率，与其它光学系统具有很好的兼容性，激发条件简单，适用于激光二极管泵浦。

本发明提供了一种中红外发光晶体材料，所述晶体材料为Bi₄Ge₃O₁₂晶体材料，所述Bi₄Ge₃O₁₂晶体材料由Bi₂O₃和GeO₂ 制成。

本发明提供了一种上述中红外发光晶体材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按照化学式Bi₄Ge₃O₁₂的比例，提供Bi₂O₃和GeO₂，制备混合粉料；

步骤2，将步骤1中得到的混合粉料熔融，然后结晶制备Bi₄Ge₃O₁₂晶体。

优选地，所述步骤1为：按照化学式Bi₄Ge₃O₁₂的比例，提供Bi₂O₃和GeO₂，将Bi₂O₃和GeO₂混合后压制成块，再烧结，最后研磨制成粉料。

优选地，所述烧结是把压制成块的Bi₂O₃和GeO₂混合物烧结5~20小时，烧结温度为500~800℃。

其中，所述烧结可在空气或惰性气体中进行。