[发明专利]稀土共掺激活的钇铝钪石榴石发光材料及其熔体法晶体生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光晶体、闪烁体、发光材料和晶体生长领域，是稀土共掺激活的钇铝钪石榴石发光材料及其熔体法晶体生长方法，该晶体主要用提拉法生长。

技术背景

随着激光二极管（LD）泵浦技术和现代医疗成像技术的发展，高光学均匀性和高光学质量的大尺寸激光晶体、闪烁体等材料成为高功率大能量激光技术、医学成像发展的重要基础，稀土离子RE（Pr³⁺、Nd³⁺、Sm³⁺、Eu³⁺、Tb³⁺、Dy³⁺、Er³⁺、Ho³⁺、Tm³⁺、Yb³⁺）掺入钇铝钪石榴石中形成的RE′_3y/_bY_3(1-x/a-y/b)Al_(5-2z)Sc_2zO₁₂晶体中，利用它们4f→4f的能级跃迁，可获得可见至3μm的激光，而利用Ce³⁺、Pr³⁺、Nd³⁺的5d→4f宇称所允许的跃迁，可获得纳秒(ns)级的快衰减发光，从而可用作无机快闪烁体，用于高能粒子和射线探测等领域。在这一系列化合物中，Lu、Ga或La、RE替代部分钇铝石榴石Y₃Al₅O₁₂（通常称为YAG）中的部分Y位置，Sc取代Al的部分结晶学格位，形成稳定的石榴石结构，并有良好的晶体生长特性，可用提拉法、泡生法、热交换法等晶体生长方法来获得大尺寸的优质单晶。这样形成的化合物和RE掺杂YAG相比，掺杂离子RE可具有更优良的分凝特性，有利于制备光学质量更加均匀的化合物，晶体生长速度可以更快，对于发展大尺寸高均匀性激光晶体、闪烁体具有重要的实用价值。

发明内容

本发明的目的是提供稀土共掺激活的钇铝钪石榴石发光材料RE_3xRE′_3yY_3(1-x-y)Al_(5-2z)Sc_2zO₁₂及其熔体法晶体生长方法，获得性能优良的激光晶体材料等，在激光技术、医疗成像等领域有重要的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

稀土共掺激活的钇铝钪石榴石发光材料的其化合物分子式可表示为RE_3xRE′_3yY_3(1-x-y)Al_(5-2z)Sc_2zO₁₂(下简写为RE,RE′:YASG)，RE代表稀土离子Ce³⁺、Pr³⁺、Nd³⁺、Sm³⁺、Eu³⁺、Tb³⁺、Dy³⁺、Er³⁺、Ho³⁺、Tm³⁺、Yb³⁺，RE′代表稀土离子La³⁺、Lu³⁺、Gd³⁺，x、y、z的取值范围为：0≤x≤0.6，0<y≤0.5，0<z<2.5，且x+y<1。

稀土共掺激活的钇铝钪石榴石发光材料的熔体法晶体生长方法，包括以下步骤：

（1）采用RE₂O₃、RE′₂O₃、Y₂O₃、Al₂O₃、Sc₂O₃作为原料，按如下化合式：进行配料，将其充分混合均匀后，在800-1700℃下煅烧80-200小时发生固相反应后，获得生长晶体所需的多晶原料；

（2）原料的压制和烧结，获得晶体生长初始原料：将配好的原料进行压制和烧结，压制成形；烧结温度在800-1400℃之间，烧结时间为10-70小时；或者压制成形后的原料不经额外烧结而直接用作生长晶体原料；