[发明专利]掺杂ⅡA族稀土氧化物发光材料及其熔体法生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光材料和晶体生长领域，稀土Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Er、Ho、Tm、Yb掺杂，或非稀土Bi、Ti、Cr掺杂的IIA族稀土氧化物发光材料，以及它们的熔体法晶体生长方法。

技术背景

探索新型优性能激光材料、闪烁体材料是当前固体激光技术、核物理、核医学、激光医学等领域的重要课题。

在全固态激光技术领域，常希望激光基质有多个发光中心，这样有利于加宽发光材料的吸收和发射光谱宽度。由于作为泵浦源的激光二极管(LD)的激光存在数纳米的光谱宽度，同时，LD会因为工作温度的变化发射波长发生漂移。因此，宽的吸收光谱宽度对于提高泵浦效率、减小激光输出稳定性对泵浦源温度调控的依赖。在超短脉冲激光和可调谐激光领域，加宽的发射光谱宽度有利于获得更短的超短脉冲宽度和更宽调谐范围的激光基质。在稀土及其Ti、Cr、Bi激活的IIA族稀土氧化物ARE₂O₄、A₄RE₂O₇、A₃RE₄O₉(A为IIA组元素，RE为稀土元素Sc、Y、La、Gd、Lu)发光材料中，由于RE离子存在两种以上的格位，掺杂离子会取代这两种格位，形成两种发光中心；另外，掺杂激活离子也会取代IIA族元素所占据的格位。因此，这类发光材料具有两种或两种以上的发光中心，从而导致发光和吸收光谱的加宽，有利于获得超短脉冲激光，也有利于获得更宽范围的调谐激光。同时，多个发光中心会导致多个光发射波长，通过差频等方式有望获的结构紧凑、高效的中红外激光，通过倍频等方式有望获得可见和紫外波段的多波长激光，在光电对抗、光通讯、气体检测等领域有重要的应用前景。

在核医学成像和高能物理领域，需要探测高能粒子和射线，这要求发光材料有高的阻止本领、高的发效率和快衰减时间。Ce³⁺的5d→4f跃迁是宇称允许跃迁，其衰减时间在数十纳秒，因此是重要的快衰减发光激活离子，Bi离子激活的发光材料发光衰减时间在微秒量级。由于IIA族稀土氧化物中的稀土元素Gd、Lu等元素的原子系数大，所以，它们也具有很高的密度，因而，作为闪烁体探测材 料，IIA族稀土氧化物也具有较高的阻止本领。因此，Bi、Ce等掺杂的IIA族稀土氧化物也是性能优良的高能离子和射线探测探测材料，有望用于高能物理和核医学领域。

发明内容

本发明的目的是提供掺杂IIA族稀土氧化物及其熔体法晶体生长方法，获得性能优良的发光材料，有望用于固体激光、高能物理和核医学领域。

本发明的技术和实施方案如下：

1、稀土掺杂的IIA族稀土氧化物发光材料，它们的分子式可表示为(D_2xD′_2y)ARE_2(1-x-y-z)RE′_2zO₄、(D_4xD′_4y)A₃RE_4(1-x-y-z)RE′_4zO₉、(D_2xD′_2y)A₄RE_2(1-x-y-z)RE′_2zO₇，其中：D和D′代表稀土Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Er、Ho、Tm、Yb和Bi、Ti和Cr元素，A代表IIA族元素Mg、Ca、Sr、Ba，RE、RE′代表稀土元素Sc、Y、La、Gd、Lu，RE≠RE′，x、y和z的取值范围为：0≤x≤0.5，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5，且x+y+z＜1。

2、如1所述的IIA族稀土氧化物的熔体法晶体生长方法，其配料方法为：

(1)、(D_xD′_y)ARE_2-x-y-zRE′_zO₄晶体生长原料的配料：