[发明专利]一种金属离子掺杂的钇铝石榴石晶体薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料和激光技术领域，具体涉及一种金属离子掺杂的钇铝石榴石晶体薄膜的制备方法。

背景技术

钇铝石榴石(Y₃Al₅O₁₂，简称YAG)属立方晶系，每个晶胞由中有8个Y₃Al₅O₁₂分子，一共有24个Y³⁺离子，40个Al³⁺离子，96个O^-2离子共160个离子组成，物理、化学、机械和光学性能优异，是一种重要的无机非金属功能材料，也是一种优质的固体激光基质材料。金属离子对YAG的掺杂，例如Nd掺杂YAG(Nd³⁺:Y₃Al₅O₁₂)是目前综合性能最优，应用最广泛的激光工作物质。

YAG基固体激光工作物质主要包括晶体、粉体和透明陶瓷等不同的固体形态，但晶体、粉体和透明陶瓷等无法满足集成光学、光电集成等领域的发展要求，存在尺寸、加工等方面的困难，而YAG基薄膜目前已用在平面光波导、带波导结构的激光晶体和波导激光器等。YAG基薄膜的制备方法目前报道的有脉冲激光沉积(PLD)法和溶胶凝胶法等。M.Ezaki等(M.Ezaki，et al.，Characterization of Nd:Y₃Al₅O₁₂ thin films grown on various substrates by pulsed laser deposition，Appl.Phys.Lett.，69(20)：2977～2979，1996)采用脉冲激光沉积法制备Nd:YAG薄膜，S Fukaya等(S Fukaya，et al.，The growth of Cr⁴⁺:YAGand Cr⁴⁺:GGG thin films by pulsed laser deposition，Optics Communications，187(1)：373～377，2001)采用脉冲激光沉积法制备Cr⁴⁺:YAG和Cr⁴⁺:GGG薄膜，赵志伟等公开一种掺石榴石平面光波导的制备方法(专利号ZL 200410084638.4)，其采用脉冲激光沉积法制备用作平面光波导的yb³⁺:GGG薄膜。但脉冲激光沉积法所采用的激光设备昂贵、转换效率较低，不适合大面积工业生产。

D.Ravichandr等(D.Ravichandran，et al.，Fabrication of Y₃Al₅O₁₂:Eu thin films and powders for field emission display applications，Journal of Luminescence，71：291～297，1997)采用溶胶凝胶法旋涂制备Eu³⁺:YAG薄膜，J.Y.Choe等(J.Y.Choe，et al.，Alkoxy sol-gel derived Y_3-xAl₅O₁₂:Tb_x thin films as efficient cathodoluminescent phosphors，Appl.Phys.Lett.，78(24)：3800～3802，2001)采用溶胶凝胶法旋涂制备Tb:YAG薄膜，这些YAG基薄膜主要用于阴极射线管和场致发射装置中无机发光材料，溶胶凝胶法属于湿化学法，工艺复杂，均匀性和兼容性较差。

发明内容

本发明的目的在于突破现有YAG基固体激光工作物质(主要是晶体、透明陶瓷等固体形态)的形态限制，提供一种金属离子掺杂的钇铝石榴石晶体薄膜的制备方法。所述制备方法可以获得高质量的金属离子掺杂钇铝石榴石晶体薄膜，且生产成本低，适合于大面积批量生产。本发明所述方法制备得到的功能薄膜和激光材料，可以满足激光技术、集成光学、光电集成的发展需要。

本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：