[发明专利]一种Ce3 +离子掺杂氟化钆锂紫外激光晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及特种氟化物单晶体，具体涉及一种Ce³⁺离子掺杂氟化钆锂紫外激光晶体及其制备方法。

背景技术

可调谐短波长的紫外激光在激光医学、材料加工、激光光谱学、激光化学等方面具有重大的应用。目前应用的短波长可调谐染料激光器，由于染料在紫外光作用下易发生光分解，因此受到一定的限制；而色心与终端声子激光器难于在紫外波段实现连续输出。

在所有的稀土发光离子中，由于Ce³⁺离子的⁴f-⁵d能级跃迁，能发射出波长最短的紫外光。自1980年以来，已报道一些基于Ce³⁺离子掺杂的各种固体激光材料，但这些材料有些由于其激发态吸收(ESA)而猝灭了紫外的发射，有些必须用准分子激光作为泵浦源，因而实用性受到限制。

LiYF₄晶体是一种优良的可调谐激光基质材料，该晶体具有负折射率温度系数，热透镜效应低，以及良好的热稳定性。Ehrlich证实了Ce³⁺掺杂LiYF₄晶体是一种近紫外可调谐激光材料(D.J.Ehrlich，P.F.Moulton，Ultraviolet solid-state Ce:YLF laser at 325nm，Opt.Lett.，1979，4(6)：184-186)。Ce³⁺:LiYF₄晶体的发光范围在305-335nm。

但是，在生长Ce³⁺:LiYF₄晶体时存在以下关键技术问题：1)Ce³⁺掺杂是通过替代Y³⁺进入LiYF₄晶格，Ce³⁺(1.034)与Y³⁺(0.893)的；离子半径很不相匹配，生长所获得的晶体应力大，晶体容易发生开裂，由于Ce³⁺在LiYF₄晶体中的分凝系数小，分布极其不均匀，影响晶体的利用率与质量；2)LiYF₄等氟化物晶体在高温生长过程中会挥发产生具有很强腐蚀性的氟化物气体，它将对设备造成损耗，严重的可能对人体造成危害，特别是由于气体的挥发，造成原配方组分的缺少，影响晶体的质量。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种，Ce³⁺离子在晶体中分布均匀，获得的晶体具有优秀的机械性能、热学性能、物化性能、光学透过性能与抗光辐照性能、较强的300～350nm紫外发射强度以及晶体生长温度较低，在晶体生长过程中氟化物原料挥发少的Ce³⁺掺杂LiGdF₄紫外激光晶体。

本发明还提供了该Ce³⁺掺杂氟化钆锂单晶体的坩锅下降法制备方法，该制备方法工艺简单，便于大规模工业化生产。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种铕离子掺杂氟化钆钠光学晶体，单晶体的化学式为LiGd_(1-α)Ce_αF₄。其中0.002≤α≤0.020。

Ce³⁺掺杂LiGdF₄单晶体，在～296nm光激发下，产生300～345nm波段的紫外荧光发射，在荧光发射带中325nm波段的荧光最强。

该Ce³⁺掺杂LiGdF₄单晶体的制备方法，其步骤如下：

1、生长原料的制备与高温氟化处理

将纯度大于99.99％的LiF、GdF₃与CeF₃按摩尔百分比58.0～65.0∶28.5～41.35∶0.65～6.5混合，置于碾磨器中，碾磨混合5～6h，得到均匀粉末的混合料；

将上述混合料置于铂金坩锅中，铂金坩锅安装于管式电阻炉的铂金管道中，然后用N₂气排除铂金管道中的空气，在温度700～730℃，通HF气下，反应处理1～5小时，反应处理结束，关闭HF气体与管式电阻炉，用N₂气清洗管道中残留的HF气体，得到多晶粉料。

2、晶体生长