[发明专利]钬镨共掺氟化镥锂中红外激光晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光晶体材料的制备方法，尤其是一种钬镨共掺氟化镥锂中红外激光晶体及其制备方法，该晶体可以实现2.8-3.0微米的调谐激光输出，在医疗、科研及军事等领域有着重要的应用前景。

背景技术

2.8-3.0微米波段激光在生物工程、医疗卫生等领域具有广泛的应用前景，而且是可以通过非线性途径获得更长波长激光的理想泵源。目前在2.8-3.0微米波段研究比较集中的是利用掺Er3+的激光晶体如YAG、Gd₃Ga₅O₁₂和LiYF₄等，而且2.94微米掺Er³⁺的YAG晶体已经获得产业化。然而，掺Er³⁺的激光材料，一般在特定的基质中只能获得固定波长的激光，而且需Er³⁺离子的高浓度掺杂。相比之下，掺Ho³⁺的激光晶体在2.8-3.0微米范围内的荧光为宽带谱，而且随着泵浦源问题逐步得到解决，Ho³⁺的2.8-3.0微米的连续激光输出正成为研究热点。Ho³⁺不存在与Er³⁺类似的激光下能级上转换的能量传递机制，因为不能通过高浓度掺杂实现2.8-3.0微米的激光输出，但是，可以掺入少量的退敏化离子（Pr³⁺）大大降低激光下能级⁵I₇的荧光寿命，从而为2.8-3.0微米连续激光输出提供了一条有效可行的途径。

Ho³⁺离子在2.8-3.0微米激光的产生需要较长的激光上能级寿命，这就要求激光介质拥有较低的声子能量，氟化物材料恰能满足这一要求。氟化物基质材料从深紫外到红外很宽的范围都具有很高的透过率；其低的折射率降低了其在激光泵浦时产生的非线性效应；低的声子能量降低了相邻能级间的非辐射跃迁的几率，而具有长的荧光寿命，从而有利于储能。其中最好的例子就是CaF₂和LiYF₄氟化物晶体，与LiYF₄同属四方晶系结构的LiLuF₄晶体近来备受关注，LiLuF₄晶体具有更低的声子能量（440cm^-1），因此研究Ho，Pr:LiLuF₄激光晶体对发展2.8-3.0微米的调谐激光输出具有重要意义。目前，国内外未见有Ho，Pr:LiLuF₄晶体作为中红外激光晶体的报道。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种钬镨共掺氟化镥锂中红外激光晶体及其制备方法，该激光晶体能够实现2.8～3.0微米波段激光输出。

本发明的技术解决方案如下：

一种钬镨共掺氟化镥锂中红外激光晶体，其特点在于：该晶体的化学式为Ho_xPr_y:LiLu_(1-x-y)F₄，其中x＝0.1～5mol.％，为Ho离子占基质中Lu离子的摩尔百分数,y＝0.1～2mol.％，为Pr离子占基质中Lu离子的摩尔百分数，Pr³⁺作为退激活离子。

所述的钬镨共掺氟化镥锂中红外激光晶体的制备方法，其特点在于该方法包括下列步骤：

①选用纯度大于99.999%的原料LiF、LuF₃、PrF₃和HoF₃，选定x，y值，根据分子式Ho_xPr_y:LiLu_(1-x-y)F₄称量各原料，将原料充分混合；

②将充分混合均匀的原料直接放入坩埚内，将坩埚置于下降炉中，采用a向的LiLuF₄晶体作为籽晶，生长气氛为CF₄气体，所述的坩埚在温度为900～960℃的高温区熔料4～8小时，然后坩埚以0.5～1.2mm/h速率下降，此时晶体固液界面处±0.5cm范围内的温度梯度为25～40℃/cm；

③生长结束后，以20～40℃/h速率冷却至室温，取出晶体。

本发明技术效果：