[发明专利]Yb掺杂的锗酸钆、锗酸镧及其熔体法生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光材料和晶体生长领域，具体是掺Yb的锗酸镧、掺Yb锗酸钆晶体及其熔体法晶体生长方法。

技术背景

超短脉冲和可调谐固体激光器在超快光谱学、微电子加工、生物医疗、光钟、计量、全息、高容量和高速光通讯等众多领域具有广泛的应用前景。近年来，随着GaAs激光二极管(LD)在900～1100nm波段性能的提高，人们对于二极管泵浦的具有高效率、大能量激光体系中的Yb掺杂激光晶体越来越有兴趣。这是因为Yb离子是比较理想的适合于二极管泵浦的激光激活离子，它具有最简单的能级结构，仅有²F_7/2和²F_5/2两个多重态，这使得它没有激发态和可见区域的吸收，并避免了上转换和驰豫振荡等激光能量损耗。另外，Yb离子的宽发射带允许超短脉冲的产生，吸收和激发波长之间的较小量子缺陷可产生低的热负载，从而减少一系列不良后果，比如热透镜和热损伤。但是Yb离子的一个缺点是在大多数激光工作物质中，激光下能级位置较低，有较多的热布居粒子数导致激光阈值高，激光效率对热效应非常敏感。为了降低激光工作阈值和提高激光效率，Yb离子需要一个相对较强的晶场，以提高它的基态²F_7/2的Stark能级分裂。因此，晶体结构的低对称性和替代位置的多样性对于掺杂Yb的基质材料是很必要的。目前研究最多的LD抽运Yb：YAG晶体，连续激光输出也已经达到数千瓦的水平。但Yb：YAG发射宽度比较窄，激光产生在上能级的最低能级到下能级的次高能级的跃迁，阈值比较高，原因是Yb离子在YAG中的晶场较弱，致使²F_7/2的能级分裂较小，激光发射的下能级位置较低。所以寻找Yb离子的发射带宽、²F_7/2能级分裂大的激光材料是有意义的工作。本发明的基质晶体可使Yb³⁺的发射带增宽，²F_7/2的能级分裂增大。

发明内容

本发明的目的是提供两种Yb掺杂的锗酸盐及其熔体法生长方法，制备Yb_2xRE_2(1-x)GeO₅，其中：RE代表稀土离子La、Gd，x的取值范围为0.0001～1。Yb_2xGd_2(1-x)GeO₅单晶可用作LD泵浦的超短脉冲激光器、可调谐激光器中的工作物质。

本发明的技术方案如下：

两种Yb掺杂的锗酸盐晶体，其特征在于：化合物的分子式表示为Yb_2xRE_2(1-x)GeO₅，其中：RE代表稀土离子La、Gd，x的取值范围为0.0001～1。

所述的两种Yb掺杂的锗酸盐晶体的熔体法生长方法，其特征在于：

(1)Yb_2xRE_2(1-x)GeO₅晶体生长原料的配料：

A、当RE＝La时，采用Yb₂O₃、La₂O₃、GeO₂作为原料，按如下化合式进

行配料，并充分混合均匀：

B、当RE＝Gd时，采用Yb₂O₃、Gd₂O₃、GeO₂作为原料，按如下化合式进行配料，并充分混合均匀：

C、以上配方系化学剂量比配方，由于生成物均是同成分熔融化合物，因此，以上两种晶体还可以按照同成分配比进行生长，即其配比成分不一定是化学剂量比。

D、这两种晶体的原料也可以通过以Yb₂O₃、La₂O₃、GeO₂、Gd₂O₃为原料，采用液相的共沉淀法、溶胶凝胶法制备，此种方法可以使原料在分子水平上混合，有利于在较低的温度下生成多晶原料。