[發明專利]鉻鐵離子雙摻復合硒硫化鋅激光材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310210747.5
• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN103275723A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 姜本學;張龍;姜雄偉;毛小建;范金太
• 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: C09K11/88
• 分類號: C09K11/88;B22F3/10;B22F3/24
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及激光材料，特別是一種鉻鐵離子雙摻復合硒硫化鋅激光材料及其制備方法，鉻鐵離子雙摻復合硒硫化鋅激光材料，分子式為Cr,Fe:ZnS_χSe_1-χ,其中x的取值范圍為:0≤x≤1。

背景技術

中紅外波段（2～5μm）因同時位于“分子指紋區”和“大氣窗口區”，使該波段的激光在基礎研究、化學物遙感、紅外對抗（IRCM）、光雷達、紅外目標仿真、保密空間通信和衛星通信（長波長利于穿透云霧）、環境和醫療等方面有著重要的應用。目前實現2-5μm中遠紅外固體激光的主要方式有：差頻（DFG）,光學參量振蕩（OPO）和光學參量放大（OPA）幾種方式。這幾種激光產生方式決定了中紅外激光的器件復雜、功率比較低，使得在實際的應用中存在很多問題。所以找到能夠直接泵浦而產生中遠紅外激光的固體激光材料一直是各國科學家研究的熱點。

目前沒有合適的2.7μm?LD泵浦直接泵源，而通過非線性光學的方式得到的泵源系統較為復雜。因此尋找能夠LD直接泵浦的材料具有重要意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，克服在先技術的不足，提供一種鉻鐵離子雙摻復合硒硫化鋅激光材料及其制備方法，我們制備的鉻鐵離子雙摻復合硒硫化鋅激光材料可以采用LD直接泵浦，發射帶寬更寬，激光系統更簡潔，更適合超快激光輸出。適宜批量生產，能夠滿足中紅外激光技術迅猛發展的市場需求，具有良好的經濟效益。

本發明的技術解決方案如下：

一種鉻鐵離子雙摻復合硒硫化鋅激光材料，其特點在于該激光材料的分子式為Cr,Fe:ZnS_χSe_1-χ,其中x的取值范圍為:0≤x≤1。

上述鉻鐵離子雙摻復合硒硫化鋅激光材料的制備方法，包括化學氣相沉積法、熱壓法、熱等靜壓法和真空熱擴散法。

所述的熱壓法的具體步驟如下：

<1>選定x的取值，將ZnS或ZnSe粉體經過100目篩過篩稱量后裝入熱壓模具；

<2>將所述的熱壓模具放入真空燒結爐中，抽真空；

<3>將粉體進行加熱并同時加壓，升溫至850～1000℃，加壓至3～5噸/cm²，保溫包壓1～3小時，得到高質量的ZnSSe陶瓷；

<4>將所述的ZnSSe陶瓷拋光鍍Cr和Fe膜，然后放入真空安琣瓶中在800～1000℃下高溫擴散1～2周，以控制過渡金屬離子Cr和Fe的濃度，得到高質量的鉻鐵離子雙摻的復合硒硫化鋅激光材料。

所述激光材料在1.6～2.1μm激光二極管的直接泵浦下獲得超快激光輸出。

本發明的技術效果：

1、單一Fe離子摻雜的ZnS或ZnSe激光材料中，Fe離子發射帶寬不夠和無合適的2.7μm激光二極管（LD）泵浦直接泵源問題，本發明采用共摻敏化離子的方法，實現能量傳遞，在（Cr,Fe）共摻ZnSSe體系，利用LD直接泵浦Cr離子發出2.5μm左右的發光敏化Fe離子實現光輸出，可以極大的簡化目前中紅外激光復雜的系統結構，實現系統小型化和簡潔化。另外通過基質材料的組分復合可以加大對Cr,Fe過渡金屬離子的能級劈裂，實現更寬的激光光譜。此Cr,Fe:ZnSSe激光材料可以滿足中紅外激光領域，滿足日益發展的激光技術及紅外光學的需要。

2、通過前期研究我們發現，Cr²⁺離子的發射譜峰跟Fe²⁺離子的吸收譜峰重疊，所以可以利用1.7μm?LD直接泵浦Cr²⁺離子，通過Cr²⁺離子來敏化Fe²⁺離子發光，從而實現LD直接泵浦。同時組分復合ZnSSe基質材料能為過渡金屬離子提供更為優異的晶格場結構，從而使得Cr²⁺和Fe²⁺離子的發光光譜更寬，更利于能量的敏化傳遞。同時在組分復合ZnSSe基質材料中Fe離子的發射帶寬遠高于單一ZnS或ZnSe晶格基質結構中Fe離子的發射帶寬，從而實現更寬的發射帶寬和更窄的超短脈沖。

3、過渡金屬離子離子Cr,Co,Fe等摻雜的II-VI族化合物ZnS，ZnSe在中紅外波段（2-3μm）發光具有明顯的優勢：