[發(fā)明專利]一種摻有釹、鈰和鉻的釔鋁石榴石晶體及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310351273.6
• 申請日: 2013-08-13
• 公開（公告）號: CN103409805A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 萬文;萬黎明
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽環(huán)巢光電科技有限公司
• 主分類號: C30B33/02
• 分類號: C30B33/02;C30B29/22
• 代理公司: 安徽匯樸律師事務(wù)所 34116
• 代理人: 胡敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及釔鋁石榴石晶體領(lǐng)域，尤其涉及的是一種摻有釹、鈰和鉻的釔鋁石榴石晶體及其制備方法。

背景技術(shù)

摻有釹、鈰和鉻的釔鋁石榴石（簡稱Nd³⁺:Ce³⁺:Cr³⁺:YAG）晶體，屬于立方晶體系，晶格常數(shù)為：為摻雜有Nd³⁺、Ce³⁺、Cr³⁺離子的激光晶體材料。其中，摻雜Nd³⁺替代十二面體中心的Y³⁺，Ce³⁺也是替代Y³⁺，同時添加Ce³⁺、Cr³⁺晶體生長肯定會發(fā)生嚴(yán)重晶格畸變，摻入Cr³⁺離子可以起到體積補償?shù)淖饔茫珻r³⁺以替代Al³⁺的方式進(jìn)入晶體的點陣結(jié)構(gòu)，因此，晶體生長中不會發(fā)生嚴(yán)重的晶格畸變。

晶體應(yīng)用，其主要指標(biāo)要求是：在通常泵浦情況下晶體輸出較高能量，且光學(xué)均勻性好。Nd³⁺:Ce³⁺:Cr³⁺:YAG晶體沒有能夠得到廣泛應(yīng)用,其主要原因是：晶體濃度梯度大和光學(xué)均勻性不好，雖然閾值很低，但泵浦輸入上升功率提供能量時，得到的激光輸出功率降低，高頻率重復(fù)工作時，出現(xiàn)功率降低。調(diào)高泵浦功率輸入能量時，光束質(zhì)量變差，過早出現(xiàn)激光拐點。大功率激光器要求晶體材料直徑6mm-22mm以上，長度100mm-180mm以上，摻雜生長濃度梯度小，光學(xué)均勻性好，激光器工作時，在一定范圍，調(diào)高泵浦功率輸入能量時，得到的激光輸出功率相應(yīng)提高。高頻率重復(fù)工作時，要保證其光學(xué)質(zhì)量，輸出功率不能衰減或過分衰減。因此，該晶體往往不能應(yīng)用在高功率激光器上。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種濃度梯度小、散射顆粒少、保證了晶體光學(xué)質(zhì)量及光學(xué)均勻性的摻有釹、鈰和鉻的釔鋁石榴石晶體及其制備方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明提供了一種摻有釹、鈰和鉻的釔鋁石榴石晶體，所述釔鋁石榴石晶體中摻有Nd³⁺、Ce³⁺、Cr³⁺離子，其化學(xué)式為：

Y_3-a-bNd_aC_ebAl_5-cCr_cO₁₂

式中，a=1.0-1.3%，b=0.3-0.4%，c=0.1-0.2%。

其中，Nd³⁺是晶體中的激活離子，吸收強寬帶750nm-810nm，熒光發(fā)射出光1064nm，激光能級位于基態(tài)之上2111cm-1，由此其粒子基態(tài)密度的exp(ΔE/KT)≈exp(-10)倍，因為終端能級不是由于熱而使粒子數(shù)增加，所以容易達(dá)到閾值條件。

Ce³⁺是晶體中的敏化離子，，吸收強寬帶340nm-455nm，480nm-750nm范圍熒光發(fā)射。吸收能量轉(zhuǎn)移給增加Nd³⁺，起到增強晶體能量作用。

Cr³⁺離子起到敏化和體積補償兩個作用。其在晶體中吸收為電子自旋躍遷，能夠增加對泵浦源能量的吸收。吸收強寬帶430nm-590nm，650nm-780nm范圍熒光發(fā)射。吸收能量轉(zhuǎn)移給Nd³⁺，起到增強晶體能量作用。Cr³⁺離子的摻入，引起鍵角改變，晶體方向移遠(yuǎn)<111>方向，晶體生長方向采用<001>方向。

Nd³⁺是晶體中主要激發(fā)激光的激活離子，Ce³⁺、Cr³⁺離子起到輔助提高作用，根據(jù)Nd:YAG摻雜的濃度的經(jīng)驗，本發(fā)明選取Nd³⁺離子摻雜濃度1.0-1.3%，其摻雜濃度高，再添加Ce³⁺濃度0.3-0.4%，Ce³⁺離子和Nd³⁺離子一樣也是替代Y³⁺，摻雜濃度就特別高了，若只摻雜這兩種離子，晶體生長肯定會發(fā)生嚴(yán)重晶格畸變。因此，本發(fā)明還摻入濃度為0.1-0.2%的Cr³⁺離子起到體積補償?shù)淖饔茫珻r³⁺替代Al³⁺的方式進(jìn)入晶體的點陣結(jié)構(gòu)。因此，晶體生長中不會發(fā)生嚴(yán)重的晶格畸變。