[发明专利]一种Er3+/Pr3+共掺杂Na5Lu9F32单晶体及其生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及Na₅Lu₉F₃₂单晶体，具体涉及一种具有增强2.7μm中红外波段发射特性的 Er³⁺/Pr³⁺共掺杂Na₅Lu₉F₃₂单晶体及其生长方法。

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2.7μm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的有效途径之一。大多数镧系族稀 土离子具有丰富的能级结构。其中Er³⁺稀土离子的⁴I_11/2→⁴I_13/2能级跃起能产生2.7μm的荧光 发射，以Er³⁺为发光中心的2.7μm中红外激光材料已有一定的研究，主要是Er³⁺单掺杂LiYF₄、 CaF₂、YAlO₃、SrLaGa₃O₇、BaY₂F₈的晶体以及Er³⁺与稀土敏化离子共掺杂的氟化物玻璃基质。

Er³⁺离子中其上能级⁴I_11/2的荧光寿命比下能级⁴I_13/2短，因此Er³⁺离子单掺杂晶体在2.7μm 波段的发光效率相对较低，发光强度较弱，这将严重制约该类材料在2.7μm波段中红外激光 器中的应用。由于Er³⁺：⁴I_13/2与Pr³⁺：³F₄能级非常接近，在材料中共掺入Pr³⁺离子，它对 Er³⁺离子起到敏化作用，能够有效地把Er³⁺：⁴I_13/2能级上的能量转移到Pr³⁺：³F₄离子上，减 少Er³⁺离子中⁴I_13/2能级上的粒子数，实现对Er³⁺离子下能级⁴I_13/2的有效去粒子数化作用，从 而提高Er³⁺离子在2.7μm中红外波段的发光效率。

氟化物由于其基质声子能量低、稀土离子发光效率高、中红外波段透过率高以及物化性 能稳定等特点，是作为2.7μm中红外发射的优选材料。作为激光材料的氟化物主要由玻璃与 单晶体两种形态。尽管在氟化物玻璃中通过Pr³⁺稀土离子的敏化作用实现了Er³⁺离子的2.7μm 中红外增强发光效果，但对于氟化物等非氧化物玻璃材料而言，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，也成为特种氟化物等非氧化物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，氟化物单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，采用 半导体LD直接泵浦的稀土离子掺杂单晶体不仅是获得2.7μm中红外光源的有效途径，而且 具有全固态、稳定性好、小型化与器件化等优点。