[发明专利]双掺镱钠离子钼酸钙激光晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电子功能材料技术领域中的人工晶体和晶体生长领域，尤其是涉及一种作为固态激光器中的工作物质的激光晶体材料。 

背景技术

激光晶体是固体激光器的工作物质，它是指以晶体为基质，通过分立的发光中心吸收泵浦光能量并将其转化为激光输出的发光材料。固体激光工作物质由基质材料和激活离子组成，其各种物理和化学性质主要由基质材料决定，而其光谱特性和荧光寿命等则由激活离子的能级结构决定。自1960年，研制成功人造红宝石脉冲激光器以来，迄今为止，已发现了数百种激光晶体，但因各种原因，能真正得到实际应用的激光晶体只有十来种。 

目前，应用最广泛的激光晶体是掺钕离子的钇铝石榴石(YAG)晶体，其具有较好的各种物理和化学性能，且易于生长出高光学质量、大尺寸的优质晶体。但它存在着吸收谱线窄，不适宜于用LD来进行泵浦的缺点，而LD泵浦将是今后激光泵浦源的发展方向。 

目前国内外都在积极寻找各种物理、化学性能和机械性能优异，且易于生长出高光学质量、大尺寸并适合于LD泵浦的优质激光晶体材料。Yb³⁺为能级结构最简单的激活离子，仅有一个基态²F_7/2和一个激发态²F_5/2，两者的能量间隔约为10000cm^-1，在晶场作用下，能级产生斯塔克分裂，形成准三能级的激光运行机制。Yb³⁺吸收带在900-1100nm波长范围，能与lnGaAs LD泵浦源有效耦合，且吸收线宽(FWHM)宽，无需严格的温度控制即可获得匹配的LD泵浦源的泵浦波长。Yb³⁺的量子缺陷低，泵浦波长与激光输出波长非常接近，因此其本征量子效率高，理论上可达90％，高的量子效率也使材料中的热负荷较低，仅 为掺Nd³⁺同种激光材料的三分之一左右。另外，Yb³⁺还有不存在激发态吸收、上转换和交叉弛豫、荧光寿命长等特点。Yb³⁺做为掺杂离子的这些特点使LD泵浦的Yb³⁺激光器在某些应用上明显优于Nd³⁺激光器。 

发明内容

本发明的目的在于研制一种适合使用LD泵浦的，新的激光晶体Na⁺/Yb³⁺:CaMoO₄。该晶体属于四方晶系，具有I_4(1)/a空间群结构。其中Yb³⁺是作为激光激活离子，取代Ca²⁺的晶格位置，Yb³⁺离子掺杂浓度在0.5at.-20at.％。Na⁺作为价态补偿离子，取代Ca²⁺的晶格位置，保持结构的电中性，其掺杂浓度在0.5at.-20at.％。我们经过实验找到了以Na₂MoO₄为助熔剂，采用助熔剂提拉法生长Na⁺/Yb³⁺:CaMoO₄晶体的较理想的生长条件，并生长出了高质量、较大尺寸的Na⁺/Yb³⁺:CaMoO₄晶体(见实施例)。 

具体的化学反应式如下： 

CaCO₃+MoO₃＝＝CaMoO₄+CO₂

Na₂CO₃+MoO₃＝＝Na₂MoO₄+CO₂

所用原料为：