激光辐照制备稀土离子掺杂石榴石结构纳米晶体的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种激光辐照制备稀土离子掺杂石榴石结构纳米晶体的装置。该装置包括入射激光束、聚焦透镜、汇聚激光束、分光镜、全反镜、凝胶涂层片状材料、三维平移调节台及调节旋钮；入射激光束经聚焦透镜后、或经分光镜分成多束光再经聚焦透镜后变为汇聚激光束，凝胶涂层片状材料由固定支架支撑固定在三维平移调节台上，通过旋转每个一维调节平台的一维调节旋钮，来达到调节激光束作用在涂覆有凝胶涂层片状材料的位置。本实用新型专利技术其结构简单、调节方便、操作性强；通过本装置制备的稀土离子掺杂石榴石结构纳米晶体，其结晶度好，制备时间短，分散性好，尺寸更小。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种制备稀土离子掺杂纳米晶体制备技术，特别涉及一种激光辐照制备稀土离子掺杂石榴石结构纳米晶体的装置，属于光学材料制备与光学加工领域。
技术介绍
稀土是稀土元素的简称，它是自然界赋予人类的天然宝物。稀土元素对应的稀土离子以其拥有多达上千条能级、能级跃迁产生的光谱线锐利等独特的性质，广泛地被掺杂进各种基质材料中，用作激光工作物质的激活离子，在激光的应用中得以长足的发展。石榴石结构的晶体也具有其独特的性质，比如钇铝石榴石(YAG)晶体，具有高熔点、高强度、高的物理化学稳定性以及良好的可见、红外透光性；钆镓石榴石(GGG)晶体，具有优良的力学和化学稳定性、高的热导率等，因而它们广泛被用作激光介质材料中的基质材料。掺杂稀土离子的石榴石结构晶体，比如掺杂钕离子(Nd3+)的GGG晶体具有宽的泵浦吸收带和长的荧光寿命，可作为连续和脉冲激光输出的工作物质；特别是掺杂Nd3+的YAG晶体更是从激光问世不久便开始被人们用作激光工作物质，直到今天它已经为固体激光服役了三十多年，但还是最常用的激光工作物质之一。随着科学技术的迅速发展，人们生活水平的不断提高，人们对激光的要求越来越高，除了对激光本身特性，如稳定的频率、高的相干性、高的单色性等具有高的要求外，更是对激光的能量、波长和对人体的伤害性也提出了相应的要求。比如激光医疗中使用的激光要求激光器发出的激光是对人体伤害较小的激光；光纤通信中使用的激光要求激光器发出的激光对人体伤害较小外，同时要求在光纤中传输损耗也小；惯性约束核聚变(ICF)中使用的激光要求激光器发出的激光具有很高的能量。为了实现激光所述性能及目标，解决办法是需要在特定的材料中掺杂进特定的激活离子来实现，比如在光纤通信中使用的波长为1. 55 μ m的激光，是以掺杂铒离子(Er3+)的YAG晶体作为激光工作 物质的激光器发出的激光。掺杂稀土离子的石榴石结构晶体拥有众多优异的性质，但这些性质都是当掺杂稀土离子的石榴石结构晶体尺寸为毫米或者更大量级时产生的特性。这不得不让人们联想到，当掺杂稀土离子的石榴石结构晶体在尺寸小到纳米量级时会有怎样独特的性能呢。从而研究者对掺杂稀土离子石榴石结构纳米晶体的研究便热烈地开展起来。通常制备稀土掺杂石榴石结构纳米晶体的方法主要有共沉淀法、溶胶-凝胶法、甘氨酸燃烧法、微乳液方法等。但目前还没有研究出快速制备稀土掺杂石榴石结构纳米晶体的装置，如能提供一种制备装置，使该装置配合事先制备好的涂于片状材料上的粘稠凝胶在激光辐照作用下，得到分散性更好、尺度分布均匀、团聚更小的稀土离子掺杂石榴石结构纳米晶体材料，这正是本技术的任务所在。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种通过激光辐照来制备稀土离子掺杂石榴石结构纳米晶体的装置。先制备好透明粘稠凝胶，将透明粘稠凝胶涂覆一薄层到片状材料，将该片状材料置于所述装置中直接用激光辐照；获得的稀土离子掺杂石榴石结构纳米晶体，其结晶度好，制备时间短，分散性好，尺寸更小。本技术提供的装置，其结构简单、调节方便、操作性强。本技术的指导思想是以溶胶-凝胶法先制备好凝胶，然后通过本装置使激光束直接作用于凝胶上，从而通过激光小范围的高能作用产生分散性好、结晶度好的掺杂稀土离子石榴石结构纳米晶。也就是运用激光具有瞬时高能的特性，设计一结构简单、使用调节非常方便、操作性强的制备装置来获得掺杂稀土离子石榴石结构纳米晶材料。为实现本技术的上述目的，本技术采用以下技术措施构成的技术方案来实现的。本技术激光辐照制备稀土离子掺杂石榴石结构纳米晶体的装置，其特征在于包括激光器发出的入射激光束、聚焦透镜、汇聚激光束、凝胶涂层片状材料、固定支架、三角支撑架、三维平移调节台及调节旋钮；所述入射激光束经聚焦透镜后变为汇聚激光束，凝胶涂层片状材料由固定支架支撑并固定在三角支撑架支撑的三维平移调节台上，通过旋转三维平移调节台上的调节旋钮，来达到调节激光束辐照在凝胶涂层片状材料上的位置。上述技术方案中，所述三维平移调节台由X方向一维调节平台及X方向一维调节旋钮、y方向一维调节平台及I方向一维调节旋钮、z方向一维调节平台及z方向一维调节旋钮和三角支撑架组成。上述技术方案中,所述激光器发出的入射激光束为一个激光器发出的一束入射激光束。本技术激光辐照制备稀土离子掺杂石榴石结构纳米晶体的装置，其特征在于包括激光器发出的入射激光束、第一聚焦透镜和第二聚焦透镜、分光镜、全反镜、凝胶涂层片状材料、固定支架、三角支撑架、三维平移调节台及调节旋钮；所述入射激光束经分光镜分成透射光束和反射光束，透射光束经第一聚焦透镜后形成第一汇聚激光束，反射光束经全反镜反射后再经第二聚焦透镜后形成第二汇聚激光束；凝胶涂层片状材料由固定支架支撑并固定在三角支撑架支撑的三维平移调节台上，通过旋转三维平移调节台上的调节旋钮，来调节激光束辐照在凝胶涂层片状材料上的位置。上述技术方案中，所述三维平移调节台由X方向一维调节平台及X方向一维调节旋钮、y方向一维调节平台及I方向一维调节旋钮、z方向一维调节平台及z方向一维调节旋钮和三角支撑架组成。上述技术方案中，所述激光器发出的入射激光束为一个激光器发出的至少分成两束以上的多入射激光束。本技术激光辐照制备稀土离子掺杂石榴石结构纳米晶体的装置，其特征在于包括入射激光束至少两个激光器发出的第一入射激光束和第二入射激光束、第三聚焦透镜和第四聚焦透镜、凝胶涂层片状材料、固定支架、三角支撑架、三维平移调节台及调节旋钮；第一入射激光束经第三聚焦透镜后形成第三汇聚激光束，第二入射激光束经第四聚焦透镜后形成第四汇聚激光束；凝胶涂层片状材料由固定支架支撑并固定在三角支撑架支撑的三维平移调节台上，通过旋转三维平移调节台上的调节旋钮，来调节激光束辐照在凝胶涂层片状材料上的位置。上述技术方案中，所述三维平移调节台由X方向一维调节平台及X方向一维调节旋钮、y方向一维调节平台及I方向一维调节旋钮、z方向一维调节平台及z方向一维调节旋钮和三角支撑架组成。上述技术方案中，所述第一入射激光束和第二入射激光束为至少两个激光器同时发出的入射激光束。本技术先采用溶胶-凝胶法来制备凝胶，依次包括以下工艺步骤步骤(I)将掺杂稀土离子的稀土氧化物M2O3溶于浓度为I 10mol/L的硝酸(HNO3)中，或者将掺杂稀土离子的稀土硝酸盐M(NO3)3溶入二次去离子水中，配制成O. 01 2mol/L 的稀土硝酸盐溶液;其中，M 代表 Nd、Er、Yb、Dy、Tm、Ho、Eu、Tb、Ce、Pm、Sm 稀土元素；步骤(2)将作为基质材料的石榴石结构晶体(A3B5O12)所需原料Ga203、Gd2O3溶于硝酸中，或者Y和Al的硝酸盐溶入二次去离子水中，配制成O.1飞mol/L的硝酸盐溶液，其中，A代表Gd或Y ;B代表Ga或Al ；步骤(3)按照摩尔比为A:M:B=3(l-x) :3x:5的比例分别量取步骤(2)中Gd，或Y的硝酸盐溶液(A(NO3)3、步骤(I)中稀土硝酸盐溶液(Μ(Ν03)3)、步骤(2)中Ga或Al的硝酸盐溶液(B (NO3)5，混合均匀形成硝酸盐混合溶液，其中Χ=0. 0Γ0. 5 ；步骤(4)将柠檬酸 与A、Μ、B三种金属离子的摩尔数之和按广4:1的摩尔比加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光辐照制备稀土离子掺杂石榴石结构纳米晶体的装置，其特征在于包括激光器发出的入射激光束（1）、聚焦透镜（2）、汇聚激光束（3）、凝胶涂层片状材料（4）、固定支架（5）、三角支撑架（6）、三维平移调节台及调节旋钮；所述入射激光束（1）经聚焦透镜（2）后变为汇聚激光束（3），凝胶涂层片状材料（4）由固定支架（5）支撑并固定在三角支撑架（6）支撑的三维平移调节台上，通过旋转三维平移调节台上的调节旋钮，来调节激光束辐照在凝胶涂层片状材料（4）上的位置。

【技术特征摘要】
1.一种激光辐照制备稀土离子掺杂石榴石结构纳米晶体的装置，其特征在于包括激光器发出的入射激光束(I)、聚焦透镜(2)、汇聚激光束(3)、凝胶涂层片状材料(4)、固定支架(5)、三角支撑架(6)、三维平移调节台及调节旋钮；所述入射激光束(I)经聚焦透镜(2)后变为汇聚激光束(3)，凝胶涂层片状材料(4)由固定支架(5)支撑并固定在三角支撑架(6)支撑的三维平移调节台上，通过旋转三维平移调节台上的调节旋钮，来调节激光束辐照在凝胶涂层片状材料(4)上的位置。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述三维平移调节台由X方向一维调节平台(7)及X方向一维调节旋钮(8)、y方向一维调节平台(9)及y方向一维调节旋钮(10),z方向一维调节平台(11)及z方向一维调节旋钮(12)和三角支撑架(6)组成。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述激光器发出的入射激光束(I)为一个激光器发出的一束入射激光束。4.一种激光辐照制备稀土离子掺杂石榴石结构纳米晶体的装置，其特征在于包括激光器发出的入射激光束(I)、第一聚焦透镜(2-1)和第二聚焦透镜(2-2)、分光镜(13)、全反镜(14)、凝胶涂层片状材料(4)、固定支架(5)、三角支撑架(6)、三维平移调节台及调节旋钮；所述入射激光束(I)经分光镜(13 )分成透射光束(1-1)和反射光束(1-2 )，透射光束(1-1)经第一聚焦透镜(2-1)形成第一汇聚激光束(3-1)，反射光束(1-2)经全反镜(14)反射后经第二聚焦透镜(2-2)形成第二汇聚激光束(3-2);凝胶涂层片状材料(4)由固定支架(5)支撑并固定在三角支撑架(6)支撑的三维平移调节台上，通过旋转三维平移调节台上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯国英，李邦兴，周寿桓，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：实用新型
国别省市：