[發明專利]鐿堿共摻氟化鉛晶體及其制備方法

無效

• 申請號: 200910052729.2
• 申請日: 2009-06-09
• 公開（公告）號: CN101580272A
• 公開（公告）日: 2009-11-18
• 發明（設計）人: 杭寅;何曉明;張連翰
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: C01G21/16
• 分類號: C01G21/16;C30B29/12;C30B15/00;C30B11/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及激光晶體材料，尤其是一種鐿堿共摻氟化鉛晶體及其制備方法，該晶體可應用在全固態LD泵浦的高重頻、高功率、可調諧或超短脈沖激光器中。

背景技術

激光技術自第一臺激光器發明以來得到了突飛猛進的發展，在工業、醫療、信息科學、生物技術和軍事上得到了廣泛的應用。激光技術在國民經濟中的應用表現在已大量應用于醫療、通信、印刷、和電子工業等。隨著激光功率的提高，高能激光可以用于多種材料的切割、鉆孔、焊接和表面處理。由于激光可以遠距離作用于工件上，適合用于對人體有危害的環境，如核電站設備的拆除。正在研究激光推進技術，利用地面發射的激光給火箭發動機的推進劑供能，形成高溫高壓氣體或等離子體，產生火箭推力。高能激光系統還可用于向空間軌道衛星供能，以延長衛星壽命；還可以在空間收集太陽能，將其轉換為激光能量，向地面進行能量定向傳輸，再轉換為熱能或電能應用。激光在軍事上也有多方面的應用，如軍事通信、激光雷達和激光制導等，還有高功率大能量的激光殺傷性武器。

采用半導體激光器泵浦的全固態激光器由于具有了體積小、效率高，壽命長和光速質量號等特點被廣泛研究，其中高功率大能量固體激光器是固體激光器發展的一個重要方向。Yb³⁺離子為能級結構最簡單的激活離子，電子構型為[Xe]4f¹³，僅有兩個電子態，基態²F_7/2和激發態²F_5/2，相隔大約10000cm^-1，更高的激發態在5d構型內，與²F_5/2相距約10000cm^-1，在紫外波段。在晶場作用下，基態能級和激發態能級分別分裂為4個和3個斯托克(stark)子能級，從而形成準三能級的激光運行機制；Yb³⁺具有不存在激發態吸收、無上轉換、可實現高摻雜濃度、量子效率高和熒光壽命長等優點而用作高能量激光材料的激活離子。但是目前被廣泛應用的Yb:YAG晶體由于存在“核心”、自吸收等問題導致激光閾值高，而最近出現的Yb:CaF₂高能量激光材料的吸收和發射截面偏小。因此研究新的摻鐿激光材料對發展高能量激光器具有重要意義。

同時國際上新的清潔能源項目：慣性聚變能源(Inertial?Fusion?Energy，簡稱為IFE)，即基于慣性約束聚變(ICF)獲得潔凈的氘氚DT聚變能、并具有商業應用價值的新型能源。目前用于ICF的燈抽運釹玻璃技術發展起來的單次運行的高峰值功率、高能量固體激光器，其效率、重復頻率不能滿足將來的應用需求。因此需要發展新一代二級管泵浦高能量固體激光器：效率0.75％提高到15％以上，重復率從10^-4Hz提高到10Hz。

摻鐿氟化鉛晶體可以用作激光材料，但其激光波長位置的發射截面低、熒光壽命不高。

發明內容

本發明目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種鐿堿共摻氟化鉛晶體及其制備方法，獲得鐿堿共摻氟化鉛晶體，以應用在全固態激光二極管(LD)泵浦的高重頻、高功率、可調諧或超短脈沖激光器中。

該晶體可以表示為：Yb_x:M_y:PbF₂，其中M(為Na⁺、K⁺、Li⁺)用來平衡Yb³⁺離子取代Pb²⁺引起的體系電荷不平衡。

本發明的技術解決方案如下：

一種鐿堿共摻氟化鉛晶體，其特點在于該晶體的分子結構式為：Yb_x:M_y:PbF₂，其中x為Yb³⁺的摻雜濃度，x的摩爾比取值范圍為：0.001～0.10；M為Na⁺、K⁺或Li⁺，y為M離子的摻雜濃度，y的摩爾比取值范圍為：0.001～0.20。

所述的鐿堿共摻氟化鉛晶體的制備方法，包括以下步驟：

①選定x、y摩爾比的取值，根據分子式Yb_x:M_y:PbF₂，按化學計量的摩爾比稱量YbF₃、MF和PbF₂原料；