[发明专利]一种具有中红外发光性能的晶体材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有中红外发光性能的晶体材料及其制备方法，属于无机材料技术领域。

背景技术

宽带中红外发光由于其可以应用于激光（激光遥感、激光雷达、可调协激光、超快激光），医学（关节内窥镜检查、泌尿系统治疗、牙科和眼科治疗），军事(红外探测、跟踪、目标捕获、制导)等领域，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。

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，在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℃），材料不稳定，易分解，材料的实用性还有待完善。相比而言，Bi₄Ge₃O₁₂晶体生长技术成熟，可制备高质量大尺寸晶体，物理化学性能稳定，利于加工，也可根据需要拉制成光纤，能够与其它光学系统具有很好的兼容性，激发条件简单；可以采用的300～1000nm的LD激发，能够很好的利用现在已经发展成熟的二级管激光作为泵浦源，从而得到紧凑型、高效率、低成本商用激光器。

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Nd等；但是迄今为止，对于非发光中心离子掺杂改性的Bi₄Ge₃O₁₂晶体的在中红外区域的超宽带发光却鲜有报道。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题和缺陷，本发明的目的是提供一种掺杂了非发光离子的Bi₄Ge₃O₁₂晶体的制备方法，为Bi₄Ge₃O₁₂晶体的制备提供了新的途径。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种具有中红外发光性能的晶体材料，是在Bi₄Ge₃O₁₂晶体中掺杂了2～4μm波段内不具有发光性能的金属离子。

作为一种优选方案，所述金属离子选自Al³⁺、Mg²⁺、Ca²⁺和Mo⁶⁺中的一种。

一种制备本发明所述的具有中红外发光性能的晶体材料的方法，包括如下步骤：

a)按Bi₄Ge₃O₁₂的化学计量比称取Bi₂O₃粉体和GeO₂粉体后，加入掺杂粉体，混合均匀；

b)将步骤a)中得到的混合粉体制成坯体，在500～800℃下烧结5～20小时后进行研磨，得到有掺杂的Bi₄Ge₃O₁₂粉体；

c)将步骤b)中得到的Bi₄Ge₃O₁₂粉体制备成中红外发光晶体材料。