[发明专利]一种掺钕磷酸钆钾激光晶体及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及激光晶体材料，特别是一种掺钕磷酸钆钾激光晶体及其制备方法和应用。

背景技术

激光晶体是固体激光器中的工作物质，是指以晶体为基质，通过分立的发光中心吸收泵浦光的能量并将其转化为激光输出的一类发光材料。固体激光工作物质有基质材料和激活离子两部分组成，其物理和化学性质主要由基质材料所决定，而其光谱特性和荧光寿命等则由激光离子的能级结构决定。自20世纪60年代人造红宝石激光器被研制成功以来，迄今为止已经发现了几百种激光晶体。但是，因各种原因，能够真正得到实际应用的激光晶体只有十来种。

现在，应用最为广泛的激光晶体是掺杂钕激活离子的钇铝石榴石(分子式为Y₃Al₅O₁₂，简写为YAG)晶体。该晶体具有较好的各种物理和化学性能，且易于获得高光学质量、大尺寸的优质单晶体。但是，它同时存在着吸收谱线窄，不适宜于用激光二极管(LD)来进行泵浦的缺点，而LD泵浦将是今后激光泵浦源的重要发展方向。目前，国内外都在积极寻找各种物理、化学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泵浦的优质的激光晶体材料。

分子式为“KGdP₄O₁₂”的磷酸钆钾化合物目前被报道共有三种晶型，其中两种分别属于单斜晶系的P2₁[Chem.Mater.18，221-228(2006)]和P2₁/n[Acta Cryst.C60，i50-i52(2004)]空间群，由于其结构中的骨架均是由PO₄四面体构成的(PO₃)_n长链，所以其化学式通常写为KGd(PO₃)₄。本发明中的磷酸钆钾晶体属于第三种晶型，为单斜晶系C2/c空间群，其晶体结构中的基元为由四个PO₄四面体构成的[P₄O₁₂]^4-环，所以该晶型的化学式通常被写为KGdP₄O₁₂。KGdP₄O₁₂的晶体结构于2003年被Ettis H.报道[Cryst Growth Des.3，599-602(2003)]。但到目前为止，尚未发现有关该化合物掺杂钕离子及其晶体制备和用途的报道。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在问题，提供一种掺钕磷酸钆钾激光晶体及其制备方法和应用，该激光晶体能够直接使用闪光灯或LD泵浦且具有较高量子效率。

本发明的技术方案：

一种掺钕磷酸钆钾激光晶体，分子式为Nd:KGdP₄O₁₂，属于单斜晶系，具有C2/c空间群结构，晶胞参数为β＝110.84°，D_c＝3.61g/cm³，其中钕离子作为掺杂离子，取代钆离子的晶格位置。

所述钕的掺杂浓度为1-20at.％。

一种所述掺钕磷酸钆钾激光晶体的制备方法，以Gd₂O₃、Nd₂O₃、K₂CO₃和NH₄H₂PO₄混合物为原料，以K₂CO₃和NH₄H₂PO₄反应得到的偏磷酸钾为助熔剂，采用自助熔剂法制备钕的掺杂浓度为1-20at.％的Nd:KGdP₄O₁₂，步骤如下：

1)将Gd₂O₃、Nd₂O₃、K₂CO₃和NH₄H₂PO₄放入铂坩埚中，加热使其完全熔融后，将温度降至饱和点；

2)将籽晶置于熔体顶部，铂坩埚或籽晶的转速为5-30rpm，以0.25-0.5℃/天的降温速率进行晶体生长，晶体生长温度范围为850-750℃，即可制得掺钕磷酸钆钾激光晶体。