[發明專利]釹離子摻雜的二價陽離子氟化物激光晶體及其制備方法

有效

• 申請號: 201310027583.2
• 申請日: 2013-01-24
• 公開（公告）號: CN103046131A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 蘇良碧;詹曜宇;李紅軍;王慶國;錢小波;姜大朋;汪傳勇;王靜雅;徐軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C30B29/12
• 分類號: C30B29/12;C30B11/00
• 代理公司: 上海唯源專利代理有限公司 31229
• 代理人: 劉秋蘭

技術領域

本發明屬于人工激光晶體材料領域，具體地涉及到一種釹離子摻雜的二價陽離子氟化物激光晶體。

背景技術

稀土離子的光譜發現至今已經一個世紀，Becquerel于1906年在研究礦石的光譜時發現，在一種含稀土和過渡元素的礦石中有一種十分尖銳的譜線，但當時的科學家沒有對此引起重視，同時也受到當時工業水平的限制，人們無法對稀土光譜進行深入研究。直到Bohr原子理論、量子力學、Bethe晶體場理論以及Condon?Shortley的原子光譜理論之先后，人們才具備了足夠的理論基礎以指導對各種新型光譜現象的分析。這種銳線型的吸收光譜已被科學家確認是來自稀土離子4f殼層內的禁戒躍遷，同時成為稀土離子光譜的典型特征。

在所有稀土離子激光材料其中，Nd³⁺激光材料的研究經久不衰，對實際生產應用的貢獻也是名列前茅，Nd：YAG晶體因具有非常大的發射截面以及良好機械性能而成為一種非常優秀的激光材料；Nd玻璃激光材料由于具有非均勻加寬效應以及可大體積制備的優勢，成為大能量激光器的主打配置。但是Nd：YAG發射譜峰非常窄，不利于實現大功率輸出，只能用于小型激光器，而Nd玻璃卻由于熱導率過低以及非線性折射率系數過大等不利因素，使得在重大激光工程，比如激光核聚變點火工程的應用中制造了不可避免的瓶頸。Nd氟化物晶體材料（MeF₂，Me=Ca、Sr、Ba等），在新時代的背景下卻迸發出新的生命力，使人們看到了將大尺寸生長、寬光譜發射、高熱導率、低非線性折射率系數以及大的發射截面這些優點完美統一的希望。

實際上，Nd³⁺離子4f³電子軌道與晶場的耦合作用較弱，吸收和發射光譜相對較窄，一般需要摻雜于無序結構的玻璃介質中，通過非均勻加寬效應后，才能適用于超快激光輸出，用于大型激光工程。由于特殊的晶體結構，Nd³⁺離子摻雜的二價陽離子氟化物晶體（MeF₂，Me=Ca、Sr、Ba等）往往也具有寬帶吸收和發射光譜，同時二價陽離子氟化物晶體（MeF₂，Me=Ca、Sr、Ba等）在熱導率、非線性折射率系數方面具有先天優勢，有望獲得比玻璃基質更好的應用。然而，由于Nd³⁺在這類晶體中特別容易形成團簇結構，導致強烈的熒光猝滅效應而無法獲得有實際意義的激光輸出。本發明專利就是通過共摻三價態的陽離子，在獲得近紅外波段寬帶發射光譜的同時，抑制具有寬帶發光譜的摻Nd氟化物晶體的熒光猝滅效應，提高量子效率，同時還可調節Nd³⁺局域配位結構，實現發光波長、熒光壽命、發射截面的調控。

發明內容

本發明針對現有技術中釹離子摻雜的二價陽離子氟化物激光晶體易形成團簇結構，導致熒光猝滅效應的技術問題，目的在于提供一種新的釹離子摻雜的二價陽離子氟化物激光晶體。釹離子摻雜的二價陽離子氟化物激光晶體MeF₂（Me=Ca、Sr、Ba等）中實現Nd離子的寬帶發射光譜，提高熒光壽命和熒光量子效率，同時實現對發光波長、熒光壽命（10~10²μs）和發射截面（1.5~3.8×10^-20cm²）的調控。

本發明的釹離子摻雜的二價陽離子氟化物激光晶體中還摻雜有作為與所述釹離子Nd³⁺共摻的三價陽離子M³⁺（本發明的激光晶體簡寫為Nd,M:MeF₂）；所述二價陽離子氟化物激光晶體具有由所述三價陽離子M³⁺與所述釹離子Nd³⁺形成的[Nd³⁺-n?M³⁺]格位結構，其中n=1~5，打破原有[Nd³⁺-Nd³⁺]_n猝滅團簇結構。從而能夠更加豐富體系的格位結構，促進光譜的進一步非均勻展寬。