[发明专利]一种镨钆共掺的混合氟化钙激光晶体及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种镨钆共掺的混合氟化钙激光晶体及其制备方法与应用，该晶体的化学式为Prsubgt;0.006/subgt;Gdsubgt;x/subgt;Casubgt;1‑x/subgt;Fsubgt;2.006+x/subgt;，其中x的取值范围为0.03‑0.28，属于立方晶系，在掺杂浓度范围内，晶胞参数范围为与现有技术相比，本发明晶体材料能实现可见光波段红光高效激光输出，可应用于激光显示、医疗以及倍频获得紫外光等领域。

技术领域

本发明涉及激光材料技术领域，具体涉及一种镨钆共掺的混合氟化钙激光晶体及其制备方法与应用。

背景技术

随着信息化时代的发展，人们对特殊波段激光的关注越来越多。可见光(380～780nm)波段激光在显示、通讯、大气遥感、生物医学、高端制造、倍频获得紫外光等领域具有重大应用需求。随着蓝光LD泵浦源的商用化，极大推进了稀土离子掺杂激光晶体可见光波段激光输出的发展。因此，需要我们寻找合适的稀土掺杂离子和物化性能优异的基质材料实现新波段的激光输出。目前，可见光稀土离子主要集中在Pr³⁺、Dy³⁺、Tb³⁺和Sm³⁺等。其中，Pr³⁺的研究较多，与其他稀土离子相比4f能级较为简单，但是却有着丰富的发射跃迁，发光波长涵盖面较广，发射波段覆盖蓝光、绿光、红橙光、红光和深红光。其主要的吸收位于442nm处，吸收截面达到10^-19cm²量级。其中442nm处的吸收峰与InGaN激光二极管泵浦源的发射波长非常吻合，因此，Pr³⁺掺杂激光材料是目前最有潜力的可见波段激光材料。

在掺杂Pr³⁺实现可见波段激光输出的晶体材料中，氟化物LiYF₄在蓝、绿、橙、红和深红波段均已实现激光输出，除了蓝光波段输出功率较低，其他波段输出功率均已达到瓦级。使用2ω-OPSL泵浦Pr:LYF，在523nm处实现了约4.2W的绿光激光运转,斜率效率为45％。此外使用蓝光LD泵浦相同材料，在640nm处输出功率高达6.7W，斜率效率为45.5％，这是目前Pr³⁺掺杂激光晶体的最高输出功率。但是，现有技术中，掺Pr³⁺晶体荧光谱宽窄，难以实现全固态fs超快可见光激光输出。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合无序的镨钆共掺的混合氟化钙激光晶体及其制备方法与应用，制备一种比现有氟化物更高功率激光输出功率的激光材料。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种镨钆共掺的混合氟化钙激光晶体，该晶体的化学式为Pr_0.006Gd_xCa_1-xF_2.006+x，其中x的取值范围为0.03-0.28，属于立方晶系，在掺杂浓度范围内，晶胞参数范围为优选地，x值取0.18，晶胞参数为

多年来，激光玻璃由于其增益带宽大、饱和通量高、荧光寿命较长、易于制成大尺寸等优点而被人们广泛研究。因此，嵌在玻璃中的离子的光学跃迁均匀宽度大大超过晶体。和玻璃一样，混合晶体也会有很大的结构紊乱。在高度无序的混合晶体中，光谱的不均匀展宽效果较明显。无序晶体是介于玻璃和有序晶体之间的一种晶体。一般的混合氟化物晶体的通用表达式为M_1-xR_xF_2+x这里M可以是Ca、Sr或Ba，而R可以是Sc、Y、La、Lu或任何三价稀土离子。当R³⁺掺杂水平保持在0.4以下时，无序晶体中保留了萤石晶格的立方晶体结构。本发明基于上述理论，研发了一种比现有氟化物更高功率激光输出功率的激光材料。

一种上述镨钆共掺的混合氟化钙激光晶体的制备方法，采用温度梯度法生长，该方法主要包括以下步骤：