[發(fā)明專利]摻Bi鹵化物激光晶體及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910151679.3
• 申請(qǐng)日: 2009-07-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101643934A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-02-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐軍;蘇良碧;李紅軍;周朋;喻軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號(hào): C30B29/12
• 分類號(hào): C30B29/12;H01S3/16
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所
• 代理人: 許亦琳;余明偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種摻Bi鹵化物激光晶體及其制備方法，屬于激光晶體領(lǐng)域。

背景技術(shù)

脈沖寬度為飛秒量級(jí)的激光以其具有的超短脈沖、高峰值功率和寬光譜等特性，在超 快光譜學(xué)、微電子加工、光鐘、計(jì)量、全息、高容量光通訊等眾多領(lǐng)域有著光譜的應(yīng)用。 20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的基于鈦寶石晶體的飛秒激光器是目前可以獲得最短脈沖、使用最 多的超快激光裝置，主要被實(shí)驗(yàn)室研究和應(yīng)用。由于鈦寶石的532nm泵浦源體積大、電效 率低、價(jià)格昂貴，限制了其作為商用飛秒激光器向小型化、低成本的方向發(fā)展。所以，小 型激光二極管(LD)直接泵浦的飛秒激光器成為開(kāi)發(fā)新一代緊湊型、高效率、低成本商用 飛秒激光器的熱點(diǎn)。

除過(guò)渡金屬離子和稀土離子之外，主族金屬離子(如Bi、Pb、Tl、Te等)可以歸為第 三類激活離子。與過(guò)渡金屬離子類似，主族金屬離子的價(jià)電子無(wú)外層電子的屏蔽作用，與 晶場(chǎng)相互作用強(qiáng)，因此電子躍遷形成的吸收、發(fā)射光譜非常寬。最近日本學(xué)者Fujimoto首 次發(fā)現(xiàn)了摻Bi離子玻璃在近紅外波段1000-1600nm具有寬帶發(fā)光(FWHM＞200nm)和 光放大。隨后，我國(guó)的邱建榮教授研究小組也開(kāi)展了相關(guān)的研究工作，并初步推斷紅外發(fā) 光機(jī)理是低價(jià)態(tài)的Bi離子。2005年，俄羅斯科學(xué)家首次在摻Bi光纖中實(shí)現(xiàn)了激光輸出， 激光波長(zhǎng)1150-1300nm。顯而易見(jiàn)，Bi離子摻入具有有序結(jié)構(gòu)的晶體中將比無(wú)序結(jié)構(gòu)的玻 璃的發(fā)光量子效率高得多，激光振蕩的閾值功率也要低得多。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種摻Bi鹵化物激光晶體及其制備方法。

本發(fā)明篩選具有合適組分、易于生長(zhǎng)單晶的化合物作為Bi離子的摻雜基質(zhì)，獲得具有紅 外1.0～1.7μm波段寬帶發(fā)光特性的摻Bi鹵化物激光晶體，可應(yīng)用于產(chǎn)生波長(zhǎng)調(diào)諧范圍寬和鎖 模超短脈沖激光輸出。

根據(jù)已有的文獻(xiàn)報(bào)道，在一定的還原氣氛下制備摻Bi玻璃有利于提高紅外發(fā)光強(qiáng)度，且 氧化鉍原料(Bi₂O₅或Bi₂O₃)高溫下會(huì)分解成低價(jià)態(tài)的Bi離子。因此，紅外發(fā)光機(jī)理可推斷 為低價(jià)態(tài)的Bi離子：Bi²⁺或Bi⁺。再結(jié)合如下的依據(jù)：(1)摻Bi玻璃紅外熒光壽命一般為ms 量級(jí)；(2)Bi²⁺離子及與其等電子的Ti原子、Pb⁺離子的第一激發(fā)態(tài)熒光壽命均為μs量級(jí)；(3) 而與Bi⁺離子等電子的Pb原子第一激發(fā)態(tài)熒光壽命為ms量級(jí)。因此，我們推斷Bi離子紅外發(fā) 光中心為Bi⁺離子。

本發(fā)明基于如下幾點(diǎn)篩選基質(zhì)晶體：(1)Bi⁺離子半徑大(約145pm)，則化合物的中心 陽(yáng)離子應(yīng)為離子半徑與之相當(dāng)?shù)牡蛢r(jià)態(tài)離子(+2、+1)；(2)化合物的組分中不含有價(jià)態(tài)高 于+2價(jià)的中心陽(yáng)離子；(3)化合物容易生長(zhǎng)成單晶體；(4)單晶體具有較好的熱、機(jī)械綜合 性能，適宜用作激光基質(zhì)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供了一種摻Bi鹵化物激光晶體，其特征在于所述的鹵化物晶體為堿金屬或堿土 金屬鹵化物晶體，該摻Bi晶體中Bi離子摻雜濃度Bi％的取值范圍為：0.01at％≤Bi％≤5.0at％， 較佳的，為0.05at％≤Bi％≤5.0at％，優(yōu)選的，為0.05at％≤Bi％≤2.0at％，更進(jìn)一步的，為0.1at％ ≤Bi％≤2.0at％，最佳的，為0.1at％≤Bi％≤0.5at％。

本發(fā)明采用堿金屬、堿土金屬鹵化物晶體作為Bi離子的摻雜基質(zhì)，其中，堿金屬主要采 用K⁺、Rb⁺、Cs⁺，堿土金屬主要采用Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺，陰離子鹵元素主要采用F^-、Cl^-、I^-。 具體而言，所涉及到的晶體有如下幾種：CaF₂、SrF₂、BaF₂、KCl、CsI、KPb₂Cl₅、RbPb₂Cl₅， 優(yōu)選為CsI晶體。