[发明专利]可调谐激光晶体掺铬钼酸镁钠及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电子功能材料技术领域，尤其是涉及一种作为可调谐固态激光器中工作物质的激光晶体材料。

背景技术

可调谐激光是指在一定波长范围内（即宽光谱间隔内）激光波长可以连续改变的激光。可调谐激光技术，在科学技术和国防建设上具有十分重要的意义。可调谐激光器是各种激光光谱技术研究的主要技术设备，也是光学、光电子学、医学、生物学等研究的重要光源。在军事上，可调谐激光器将是未来光电子对抗的重要激光光源之一，如激光雷达，激光通信，激光水下探测和通信，激光遥感，激光致盲等。

自1963年L.F.Johnson等人采用闪光灯泵浦，在掺Ni²⁺的MgF₂晶体中实现了第一个固态可调谐激光运转（L.F.Johnson R.E.Dietz&H.J.Guggenheim,J.Phys.Rev.Lett.,11(1963)318）以来，人们发现了很多可调谐激光晶体，如Ti³⁺:Al₂O₃、Cr³⁺:Mg₂SiO₄、Cr³⁺:LiSrAlF₆、Cr³⁺:BeAl₂O₄等，但由于各种原因，大多数可调谐激光晶体只限于作实验室工具，无法推向工业应用。目前研究最多的、已进入应用领域的可调谐激光晶体是Cr³⁺:BeAl₂O₄（紫翠宝石）、Ti³⁺:Al₂O₃（掺钛蓝宝石）和Cr³⁺:LiCaAlF₆、Cr³⁺:LiSrAlF₆，但是从晶体的可调谐波长范围、吸收系数、发射截面、泵浦方式和生长工艺等因素来综合考虑，目前还没有一种晶体能够很好地满足人们的需求，因此新型可调谐激光晶体的研究开发仍然受到人们的关注。

钼酸镁钠（Na₂Mg₅(MoO₄)₆）晶体属于三斜晶系，是一种较为理想的激光基质材料。镁离子（Mg²⁺）在晶格中与氧离子（O²⁺）形成八面体配位，可以被铬离子（Cr³⁺）取代，由于Mg²⁺的离子半径大于Cr³⁺的离子半径，它们之间存在的离子半径以及化合价方面的差异，将有望降低掺杂后Cr³⁺离子在Na₂Mg₅(MoO₄)₆基质中所处的晶场强度，从而得到宽的可调谐波长范围。因而，掺Cr³⁺钼酸镁钠（Cr³⁺:Na₂Mg₅(MoO₄)₆）晶体有望成为一种新型的可调谐激光晶体材料。

发明内容

本发明的目的就在于研制一种新的可调谐激光晶体，能够用短脉冲激光、Q开关激光或连续半导体激光泵浦的可调谐激光晶体材料。

Na₂Mg₅(MoO₄)₆晶体属于三斜晶系，P-1空间群，Z=1。铬离子（Cr³⁺）可以取代晶格中的镁离子，其掺杂浓度在0.2at.%～5at.%之间。

掺铬钼酸镁钠激光晶体可用顶部籽晶助熔剂法进行生长。我们通过实验找到了生长Cr³⁺:Na₂Mg₅(MoO₄)₆晶体的最佳助熔剂：Na₂Mo₂O₇，助熔剂在所配制的总原料中占的比例为55～80at.%，生长温度为800～880℃，降温速率为0.5～3℃/天，晶体转速为5～30rpm，生长周期为15～30天。经过一个周期（15～30天）后，得到质量较好的Cr³⁺:Na₂Mg₅(MoO₄)₆晶体（见实施例1）。得到的晶体外形、光学均匀性良好，不解理、不潮解。