[发明专利]用于激光和受激拉曼频移的钼酸盐晶体及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及光电子晶体领域，尤其是涉及可应用于固体激光和激光的受激拉曼频移的一类钼酸盐晶体及其生长制备。

背景技术

随着激光技术的发展，具有激光和变频复合功能的晶体材料，由于有着技术上的重要意义已经越来越引起人们的注意。

将单一波长入射激光通过受激拉曼散射(SRS)转变成一系列间隔为声子频率的受激拉曼频移激光，是开发新波长激光的一种重要途径。晶体材料由于其密度高，可确保激光和受激拉曼散射活性材料有最好的相互作用和高增益；晶体中原子和分子排列的高度对称性抑制了频率分散和谱线加宽，并将所有受激拉曼散射活性离子调整到共振，使其增益和转换效率增加。钼酸盐晶体中含有强共价键分子基团(MoO₄)^2-，是一种较好的拉曼介质，而且物化性能稳定，制备成本低廉。在这些晶体中掺入激活离子，也可成为激光晶体，进而在同一块晶体上直接产生受激拉曼散射激光，因而受到广泛的关注。

发明内容

本发明的目的在于制备一类可应用于固体激光和激光的受激拉曼频移的钼酸盐晶体。

本发明的激光晶体的分子式为R_2xBi_2(1-x)(MoO₄)₃(R＝Ti、Cr、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb等，x介于0到1之间)，其中R³⁺为根据泵浦源、激光腔和应用需要等因素确定的部分替代晶体基质中Bi³⁺离子位置的某种稀土或过渡金属离子，x的值可以根据掺杂离子种类和激光运转需要在0到1之间变化。该晶体为单斜晶系，空间群为P2₁/c，晶体的单胞参数为a＝7.685，b＝11.491，c＝11.929，β＝115.4°，D＝6.26g/cm³，晶胞参数随x值的变化而有细微变化，在空气中不潮解。该类基质晶体除了镧系或过渡金属元素带来的特征谱线外，在450nm至3000nm波段透明。

本发明采用提拉法生长：采用Bi₂O₃、过渡族或稀土氧化物R₂O₃和MoO₃为原料，将固相反应后的产物置于晶体提拉生长炉进行晶体生长。

本发明的R_2xBi_2(1-x)(MoO₄)₃类晶体具有良好的光学、机械和热导性能，较高的化学稳定性，较强的受激拉曼效应，而且可以用提拉法生长，制备成本较低。该类晶体可作为固体激光器的工作介质，被闪光灯、半导体激光或其他光源泵浦而输出固体激光。还具有将单一波长入射激光转变成一系列间隔为声子频率的激光输出的受激拉曼频移效应。

具体实施方式

实例1：单晶Nd_0.02Bi_1.98(MoO₄)₃的制备

称取0.83g的Nd₂O₃、113.19g的Bi₂O₃和107g的MoO₃，将这三种原料一起置于玛瑙研钵中研磨混合均匀，用油压机以2.5吨/cm²的压强压成薄片，置于马弗炉中在550℃烧结24小时。然后将固相反应合成的产物装入φ40×40mm³的铂坩埚，置于晶体提拉生长炉中，升温熔化。生长的条件为：熔化温度680℃左右，在高出熔点30℃左右恒温3小时，缓慢降温至熔点以上5℃左右，引入籽晶。经引种、放肩、等径生长，拉速0.5～1mm/h，转速15～20rpm，纵向的固液界面温度差为10～30℃，最后退火完成生长过程。生长得到尺寸大于φ15×20mm³的优质透明单晶Nd_0.02Bi_1.98(MoO₄)₃。该晶体在空气中不潮解，其单胞参数为a＝7.685，b＝11.491，c＝11.929，β＝115.4°，D＝6.26g/cm³。该晶体1064nm波长处的折射率为2.21，1064nm处的发射截面为7.99×10^-20cm²。