[發明專利]一種具有中紅外發光性能的晶體材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310484965.8
• 申請日: 2013-10-16
• 公開（公告）號: CN103541015A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 王靜雅;蔣先濤;蘇良碧;徐軍;唐慧麗;錢小波;汪傳勇;姜大朋
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C30B29/32
• 分類號: C30B29/32;C30B15/04;C30B11/04
• 代理公司: 上海海頌知識產權代理事務所(普通合伙) 31258
• 代理人: 何葆芳

技術領域

本發明涉及一種具有中紅外發光性能的晶體材料及其制備方法，屬于無機材料技術領域。

背景技術

寬帶中紅外發光由于其可以應用于激光（激光遙感、激光雷達、可調協激光、超快激光），醫學（關節內窺鏡檢查、泌尿系統治療、牙科和眼科治療），軍事(紅外探測、跟蹤、目標捕獲、制導)等領域，因而備受國內外研究人員的重視。目前研究比較多的包括半導體二極管和量子級聯激光器（多數在低溫下工作），以及稀土元素和過渡元素摻雜材料，如Tm³⁺、Ho³⁺、Er³⁺、Dy³⁺、Cr²⁺、Co²⁺等。

2009年，Hughes首先在5K條件下得到了摻Bi硫系玻璃在2000nm和2600nm的熒光效應。2012年，我國研究人員Cao在含有Bi₅(AlCl₄)₃的材料中觀察到了1000-4000nm的弱的熒光效應，并且認為發光中心是Bi₅³⁺。隨后，Alexey在AlCl₃/ZnCl₂/BiCl₃玻璃體系中，在77K條件下，也觀察到了1300～2500nm的寬帶熒光效應，他也認為發光中心是Bi₅³⁺。然而，前人的材料體系也存在一些不足，例如以上現象大多是在低溫下觀察到的，含有Bi₅(AlCl₄)₃的材料雖然是在室溫條件下就具有中紅外的發光，但是由于其材料的制備溫度很低（小于350℃），材料不穩定，易分解，材料的實用性還有待完善。相比而言，Bi₄Ge₃O₁₂晶體生長技術成熟，可制備高質量大尺寸晶體，物理化學性能穩定，利于加工，也可根據需要拉制成光纖，能夠與其它光學系統具有很好的兼容性，激發條件簡單；可以采用的300～1000nm的LD激發，能夠很好的利用現在已經發展成熟的二級管激光作為泵浦源，從而得到緊湊型、高效率、低成本商用激光器。

自上世紀70年代美國科學家Weber首先發現Bi₄Ge₃O₁₂的閃爍性能之后，在隨后的幾十年里，眾多的科學家對其晶體生長技術、輻照損傷、低溫性能、晶體缺陷、理論計算等等各方面進行了廣泛而深入的研究。盡管人們也曾嘗試將其作為激光基質材料，在其中摻入稀土離子如Nd等；但是迄今為止，對于非發光中心離子摻雜改性的Bi₄Ge₃O₁₂晶體的在中紅外區域的超寬帶發光卻鮮有報道。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題和缺陷，本發明的目的是提供一種摻雜了非發光離子的Bi₄Ge₃O₁₂晶體的制備方法，為Bi₄Ge₃O₁₂晶體的制備提供了新的途徑。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

一種具有中紅外發光性能的晶體材料，是在Bi₄Ge₃O₁₂晶體中摻雜了2～4μm波段內不具有發光性能的金屬離子。

作為一種優選方案，所述金屬離子選自Al³⁺、Mg²⁺、Ca²⁺和Mo⁶⁺中的一種。

一種制備本發明所述的具有中紅外發光性能的晶體材料的方法，包括如下步驟：

a)按Bi₄Ge₃O₁₂的化學計量比稱取Bi₂O₃粉體和GeO₂粉體后，加入摻雜粉體，混合均勻；

b)將步驟a)中得到的混合粉體制成坯體，在500～800℃下燒結5～20小時后進行研磨，得到有摻雜的Bi₄Ge₃O₁₂粉體；

c)將步驟b)中得到的Bi₄Ge₃O₁₂粉體制備成中紅外發光晶體材料。