[發明專利]摻釹鉬酸镥鈉激光晶體及其制備方法

在審

• 申請號: 201210407773.2
• 申請日: 2012-10-22
• 公開（公告）號: CN102936751A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發明（設計）人: 王國富;余意;張莉珍;黃溢聲;林州斌
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: C30B29/32
• 分類號: C30B29/32;C30B9/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及光電子功能材料技術領域，尤其是涉及一種適合AlGaAs二極管激光器泵浦的固態激光器工作物質的激光晶體材料。

背景技術

自1960年美國的梅曼（T.?H.?Maiman）在實驗室中用人造紅寶石晶體發明了世界上第一臺激光器以來，全固態激光器得到了飛速的發展。而1961年首次在CaF₂:Sm³⁺?晶體中實現的激光輸出揭開了大力研究三價稀土離子作為受激發射的激活離子固態激光晶體的序幕。到二十世紀80年代中期，隨著半導體二極管的迅猛發展，利用其優異性能研制的二極管激光器（LD）作為新型泵浦源來替代傳統的閃光燈作為泵浦源也被廣泛的引入到激光器中，從而大大提高了激光器的輸出效率，促進了激光技術的飛速發展。LD泵浦激光器是指利用激光二極管作為泵浦源來激勵激光晶體，產生激光振蕩。這種新型的泵浦源的優點在于：

[1]?LD具有高得多的光譜和空間亮度、高的光電轉換效率、長的壽命和輸出輻射在時間波形上有更大的靈活性。

[2]?目前LD的發光波長己經從紫色延伸到中紅外，作為泵浦源的AlGaAs，AlGaIn和InGaAs激光二極管的發射峰分別處于797~810?nm，670~690?nm和900~1100?nm，這些范圍覆蓋了Nd³⁺?等多種三價稀土離子的主要吸收帶，吸收效率較高，避免了過多的熱損耗。

[3]?LD泵浦源對激光晶體的尺寸要求相對于閃光燈泵浦源要小的多，放寬了晶體生長尺寸的要求，相對更容易獲得可以用于研制激光器的介質晶體。而且，小尺寸的晶體介質可以減少泵浦時的高能量存儲和隨之而來的激光晶體內在的熱能，從而減少了激光器的熱負荷。

目前，LD泵浦源已成為激光器研制中最常用最主要的泵浦源。為了充分利用和發揮LD泵浦源的優勢，就需要獲得與其相匹配的優質激光晶體。主要要求在于：

[1]?激光晶體要有較寬的吸收帶。這是由于LD的半峰寬為2~3?nm，波長隨溫度變化率為0.2~0.3?nm/^oC，所以較寬的吸收帶不僅有利于激光晶體對泵浦光的吸收，而且降低了對器件的溫度控制的要求。

[2]?長的熒光壽命（τ）。熒光壽命長的晶體能在上能級積累起更多的粒子，增加了儲能能力，有利于器件輸出功率或能量的提高。

[3]?大的發射躍遷截面（σ）。由于脈沖和連續激光閾值分別與σ及σ·τ?成反比。故而大的σ更利于實現激光振蕩。

在當今激光晶體領域，研究最廣泛的是釹離子摻雜的激光晶體，該離子在808nm附近的吸收帶能夠與AlGaAs的發射波長相匹配。目前，最好的、已經廣泛應用于激光器的是Nd³⁺:YAG晶體，其綜合性能較優良，但是也存在一些缺點，例如吸收半峰寬很窄，且生長相對較困難。常見的釹離子摻雜的硼酸鹽晶體大多有較好的的物理化學性能，但是卻存在難以生長大尺寸優質單晶，量子效率低等缺點。摻釹的二鉬酸鹽激光晶體是近年來研究得較廣泛的一類激光晶體。此類晶體結構簡單，原料價格低廉，多數較容易生長，質量較好，在808nm附近的吸收較強，具有較大的吸收截面和發射截面，而且，由于部分晶體里離子的無序性，大大的增加了吸收半峰寬，從而有利于對AlGaAs二極管激光器發射波長的吸收，降低了對泵浦源穩定性的要求。所以，此類化合物為尋找更多的具有優良性能的Nd³⁺離子摻雜的激光晶體提供了廣泛的探索空間。

發明內容

本發明的目的就在于研制一種新的激光晶體，其具有寬的吸收帶，較大吸收發射截面，適合于采用LD泵浦，具有較好的各種綜合性能，能夠實現較高質量的激光輸出。

鉬酸镥鈉（NaLu(MoO₄)₂）屬于四方晶系，具有空間群結構，是一種很好的激光基質材料。釹離子作為激光激活離子可摻入晶格中，取代镥離子的晶格位置，其摻雜濃度在0.5at%~3at%之間。該摻雜晶體的室溫熒光壽命（τ）為130~230μs，其熒光壽命與釹離子濃度有直接關系，可根據不同的需要摻入不同濃度的釹離子。實驗結果表明其在817nm附近的吸收半峰寬達到16nm，遠大于商業化生產的釹離子摻雜激光晶體，其吸收截面超過11×10^-20cm²，這也遠大于一般晶體。

本發明的技術方案如下：

具體的化學反應式：