[发明专利]高温稀土氧化物激光晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一系列高温稀土氧化物晶体及其制备方法，属于高温氧化物激光晶体材料领域。

背景技术

从上世纪六十年代开始，对稀土氧化物晶体的研究引起了人们极大的兴趣由于稀土氧化物晶体具有极好的热机械性能，例如：高热导率，良好的光学特性包括低的声子能量和宽的透过性(从可见光到红外区域)，使得它们可用作激光基质材料.对于激光晶体来说，热导率和晶体的光损伤阈值有着密切的关系，大的热导率可以提高晶体的光损伤阈值，提高泵浦功率，从而提高输出功率，所以激活离子掺杂的稀土氧化物晶体可以用于高功率输出。除了具有高的热导率之外，稀土氧化物晶体能够掺杂多种激活离子，包括过渡金属离子，从而可以产生许多波段的激光。正是由于稀土氧化物晶体具有很多优点，人们越来越关注激活离子掺杂的陶瓷或者晶体的性能的研究。但是这些稀土氧化物的熔点特别高，(2400℃以上)，使得生长它们的方法变得困难和复杂。到目前为止，所报导的生长该类晶体的方法有熔焰法，提拉法，热交换法，激光加热基座法，布里奇曼法、坩埚下降法和电化学方法。但是这些方法都有自己的缺点，提拉法和热交换法需要使用铼坩埚，容易造成晶体的污染。而熔焰法和电化学方法生长很难获得符合要求的大块的单晶，而且生长的质量较差。所以要想获得高光学质量的大块单晶，需要寻找其他合适的生长方法。光浮区法具有上述其他方法不可比拟的优点：不使用坩埚，不会造成坩埚对晶体的污染；可以在氧气气氛下生长，可以弥补在氮气气氛下生长形成的氧缺陷；具有较高的生长速度，生长周期短，可以快速获得氧化物单晶。实验结果表明：在温场，生长速率控制好的情况下能够采用光学浮区法生长出厘米级，优质量的稀土氧化物晶体，且晶体物理化学性能优异。参见文献：H.Tsuiki，K.Kitazawa，T.Masumoto，K.Shiroki_and K.Fueki，J.crystal Growth，49(1980)71-76，稀土氧化物激光晶体的这些优点使其能够成为优异的激光基质。目前，采用光学浮区法生长的稀土氧化物激光晶体作为激光增益介质，尚未有报道。

发明内容

针对现在稀土氧化物晶体生长技术的复杂和困难，本发明提供一种经济快捷的生长稀土氧化物晶体的方法。

本发明所述的稀土氧化物晶体的通式为(Ln_xRe_1-x)₂O₃。该类晶体具有高光学质量和高的热导率，是优良的激光增益介质。

本发明的技术方案如下：

一、稀土氧化物激光晶体(Ln_xRe_1-x)₂O₃

本发明的稀土氧化物系列激光晶体结构通式为：(Ln_xRe_1-x)₂O₃，0＜x＜0.3。

其中，Ln＝Yb，Nd，Tm，Er，Ho，Yb_yEr_1-y或Tm_yHo_1-y；0＜y＜1；

Re＝Lu，Sc，Lu_zY_1-z或Sc_zY_1-z；0＜z＜1。

本发明的(Ln_xRe_1-x)₂O₃晶体为立方晶系，空间群为Ia3，方铁锰矿结构。

优选的，当Ln＝Nd，Re＝Lu或Sc时，(Ln_xRe_1-x)₂O₃中的0＜x＜0.05

优选的，当Ln＝Yb，Re＝Lu或Sc时，(Ln_xRe_1-x)₂O₃中的0＜x＜0.3

优选的，当Ln＝Er，Re＝Lu或Sc时，(Ln_xRe_1-x)₂O₃中的0＜x＜0.03

上述具有通式(Ln_x Re _1-x)₂O₃的晶体，熔点都非常高，其中最具代表性的是：

(Nd_xLu_1-x)₂O₃，x＝0.01，晶胞参数：熔点：2510℃，