[发明专利]掺铬钨酸钾镁钪可调谐激光晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电子功能材料技术领域，尤其是涉及一种作为可调谐固态激光器中的工作物质的激光晶体材料。

背景技术

可调谐激光是指这样一种效应：泵浦激发掺入固体激光基质中的激活离子，使产生激光，采用棱镜调谐法、F-P标准具调谐法、光栅调谐法、滤光片调谐法和分布反馈系统调谐法等获得可调谐的激光输出。

1963年L.F. Johnson等人采用闪光灯泵浦，在掺Ni²⁺的MgF₂晶体中实现了第一个固态可调谐激光运转（L.F. Johnson R.E. Dietz & H.J. Guggenheim, J.Phys.Rev.Lett.,11(1963)318）。随后出现了很多可调谐激光晶体，如Ti³⁺:Al₂O₃、Cr³⁺:Mg₂SiO₄、Cr³⁺:LiSrAlF₆、Cr³⁺:BeAl₂O₄等，但由于各种原因，许多可调谐激光晶体只限于作实验室工具，无法推向工业应用。目前研究最多的、已进入应用领域的可调谐激光晶体是Cr³⁺:BeAl₂O₄（紫翠宝石）、Ti³⁺:Al₂O₃（掺钛蓝宝石）和Cr³⁺:LiCaAlF₆、Cr³⁺:LiSrAlF₆，但它们也都存在一些难以避免的缺陷，使得它们的应用范围受到限制。

Cr³⁺:BeAl₂O₄（紫翠宝石）晶体的主要缺点是：调谐范围在700~800nm之间，发射截面小（6×10^-21cm²），所需的泵浦阈值高，而且还具有高损伤率和高热透镜效应等缺点，另外由于BeO剧毒，也给生长带来很大困难。

Ti³⁺:Al₂O₃晶体的主要缺点是：该晶体中Ti³⁺- Ti⁴⁺离子对的出现，使得在激光输出波段，即近红外波段出现吸收，影响了其激光性能，而且由于其激光上能级寿命短（只有3.2μs），需用短脉冲激光、Q开关激光、连续波激光或产生特别短脉冲的闪光灯泵浦，也进一步限制了它的应用。

Cr³⁺:LiCaAlF₆、Cr³⁺:LiSrAlF₆晶体尽管具有调谐范围较宽，发射截面大，所需的泵浦阈值低等诸多优点。但也存在着吸收系数小、LD泵浦的激光效率低等问题。因此，寻找可调谐范围更宽，且能够直接使用闪光灯和LD泵浦的可调谐激光晶体材料成为目前激光晶体研究领域的热点之一。

发明内容

本发明的目的就在于研制一种新的可调谐激光晶体，其能够直接使用闪光灯和LD泵浦，具有较宽的可调谐范围。

钨酸钾镁钪（KMgSc(WO₄)₃）是一种新发现的化合物，其属于三方晶系，具有空间群结构，是一种很好的激光基质材料。铬离子作为激光激活离子可较容易地掺入晶格中，取代钪或镁离子的晶格位置，其掺杂浓度在0.2at%~5at%之间。该掺杂晶体的室温荧光寿命（τ）为10~30μs，其荧光寿命是铬离子浓度的函数，可根据不同的需要掺入不同浓度的铬离子。实验结果表明其可调谐范围在710~1300nm之间，可作为可调谐激光晶体。

本发明的技术方案如下：

具体的化学反应式：K₂CO₃ +2MgO+ Sc₂O₃+ 6WO₃= 2KMgSc(WO₄)₃ + CO₂

K₂CO₃+ 2WO₃ = K₂W₂O₇+ CO₂

所用的原料纯度及厂家：