本发明专利技术公开了一种掺铬硼酸铝钪镧可调谐激光晶体及其制备方法。晶体分子式为Cr3+:LaSc3-xAlx(BO3)4，其中x的取值范围为：0.5～1.5，Cr3+的掺杂浓度为：0.2-5mol.%，可采用提拉法和顶部籽晶熔盐法来生长。该晶体具有热学、机械性能好、吸收和发射截面大等特点，其可调谐范围在800～1050nm之间，有望成为一种新的可调谐激光晶体，并获得实际应用。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种掺铬硼酸铝钪镧可调谐激光晶体及其制备方法。晶体分子式为Cr3+:LaSc3-xAlx(BO3)4，其中x的取值范围为：0.5～1.5，Cr3+的掺杂浓度为：0.2-5mol.%，可采用提拉法和顶部籽晶熔盐法来生长。该晶体具有热学、机械性能好、吸收和发射截面大等特点，其可调谐范围在800～1050nm之间，有望成为一种新的可调谐激光晶体，并获得实际应用。【专利说明】掺铬硼酸铝钪镧可调谐激光晶体
本专利技术涉及光电子功能材料
，特别是涉及一种作为可调谐固态激光器中工作物质的激光晶体材料。
技术介绍
可调谐激光是指:由泵浦光激发激光工作介质中的激活离子，使产生激光，该激光发射峰是一个具有比较宽波长范围的波包，或者在某一波长范围内具有多个发射峰，在此基础上采用棱镜调谐法、F-P标准具调谐法、光栅调谐法、滤光片调谐法和分布反馈系统调谐法等方法获得波长在一定范围内可调的激光输出。自1963年L.F.Johnson等人采用闪光灯泵浦，在掺Ni2+的MgF2晶体中实现了第一个固态可调谐激光运转(L.F.Johnson, R.E.Dietz and H.J.Guggenheim, J.Phys.Rev.Lett., 11(1963)318)以来，科学家们发现了很多固态可调谐激光晶体，如Ti3+: A1203、Cr3+IMg2SiO4, Cr3+:LiSrAlF6、Cr3+IBeAl2O4等，但由于各种原因，大多数可调谐激光晶体只限于实验室使用，无法推向工业应用。目前研究最多、已进入应用领域的固态可调谐激光晶体是 Cr3+ = BeAl2O4 (紫翠宝石)、Ti3+:Al2O3 (掺钛蓝宝石)和 Cr3+:LiCaAlF6、Cr3+:LiSrAlF6,但它们也都存在一些难以避免的缺陷，使得它们的应用范围受到限制。如:Cr3+:BeAl204(紫翠宝石)晶体的主要缺点是:调谐范围较小，在700~SOOnm之间，发射截面小(6X10_21cm2)，泵浦阈值高，具有高损伤率 和高热透镜效应等，另外由于BeO剧毒，也给生长带来很大困难。Ti3+IAl2O3晶体的主要缺点是:该晶体中Ti3+-Ti4+离子对的出现，使得在激光输出波段，即近红外波段出现吸收，影响了其激光性能，而且由于其激光上能级寿命短(只有3.2 μ S)，需用短脉冲激光、Q开关激光、连续波激光或产生特别短脉冲的闪光灯泵浦，也进一步限制了它的应用。Cr3+:LiCaAlF6、Cr3+:LiSrAlF6晶体则存在吸收系数小、激光二极管(LD)泵浦的激光效率低等问题。从固态可调谐激光晶体使用的各种综合因素来考虑，目前还没有一种晶体能够很好地满足人们的需求。因此，寻找可调谐范围更宽，且能够直接使用LD泵浦的可调谐激光晶体材料成为目前激光晶体研究领域的热点之一。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于研制一种新型的可调谐激光晶体，其能够直接使用LD泵浦，具有较宽的可调谐范围。硼酸钪镧(LaSc3(BO3)4)是一种很好的激光基质材料，其质地坚硬，具有良好的导热性能，有优良的光学特性，可用提拉法进行晶体生长，Nd3+ILaSc3(BO3)4晶体作为适合LD泵浦的激光晶体材料，已被德国的J-P.Meyn等人报道(J_P.Meyn, T.Jensen, G.Huber,IEEE J.Quantum Electronics, 30(1994):913)，其输出波长为 1.06 μ m，获得了较好的实验结果。但由于其熔点高于1500°C，在晶体生长过程中B2O3容易挥发，造成组分偏离化学计量比，导致晶体质量存在较大缺陷，影响其使用；此外晶体组成中含有大量的Sc成分，其价格昂贵，造成晶体成本居高不下，也影响了其实际应用。本专利技术的掺铬硼酸铝钪镧(Cr3+:LaSc3^xAlx(BO3)4)晶体，采用Al3+替代Sc3+，由于Al3+半径小于Sc3+，其替代Sc3+晶格位置时，将导致结构更加紧凑，化合物更加稳定，从而抑制LaSc3_xAlx (BO3)4的分解和B2O3的挥发，有利于晶体生长；在元素周期表中由于Al和Sc属于同族元素，具有相似的性质，因此Al3+替代Sc3+后，将不会对基质本身的各种物化性能造成大的影响，不会影响掺杂离子的光谱特性，Cr3+离子掺入后将仍然具有宽的吸收和发射光谱；另Al2O3价格低廉，将大幅降低晶体原料成本。实验结果表明掺铬硼酸铝钪镧(Cr3+:LaSc3_xAlx(B03)4)晶体可作为一种新型的可调谐激光晶体材料。本专利技术的技术方案如下:具体的化学反应式:【权利要求】1.一种掺铬硼酸铝钪镧可调谐激光晶体，其特征在于:所述晶体的分子式为Cr3+:LaSc3_xAlx(BO3)4，其中x的取值范围为:0.5-1.5，Cr3+的掺杂浓度为:0.2_5mol.%，可产生可调谐激光输出。2.—种权利要求1所述激光晶体的制备方法，采用提拉法，其特征在于:生长条件为:采用铱金坩锅，在惰性气体中进行，生长温度1560°C，提拉速度为0.5~2.0mm/h,晶体转速为 5 ~20r/mino3.—种权利要求1所述激光晶体的制备方法，采用顶部籽晶熔盐法，其特征在于:以Li6B4O9S助熔剂，助熔剂在生长原料中所占的浓度比为35~65wt.%，生长温度1050~850°C，降温速率为0.5~2V /天，晶体转速为5~30r/min。【文档编号】C30B29/22GK103882523SQ201410130090【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月1日 优先权日:2014年4月1日 【专利技术者】林州斌, 黄溢声, 张莉珍, 孙士家, 王国富 申请人:中国科学院福建物质结构研究所本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种掺铬硼酸铝钪镧可调谐激光晶体，其特征在于：所述晶体的分子式为Cr3+:LaSc3‑xAlx(BO3)4，其中x的取值范围为：0.5‑1.5，Cr3+的掺杂浓度为：0.2‑5mol.%，可产生可调谐激光输出。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：林州斌，黄溢声，张莉珍，孙士家，王国富，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建;35
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