[发明专利]可用于有机液体激光工作介质的稀土离子掺杂的纳米晶体的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机液体激光工作介质领域，特别涉及可用于有机液体激光工作介质的油溶性的稀土离子掺杂的纳米晶体的合成方法；并以该油溶性的稀土离子掺杂的纳米晶体分散于有机溶剂中，形成可用于有机液体激光的工作介质，以及针对此种有机液体激光工作介质所使用的激光振荡装置。

背景技术

经过几十年的发展，激光材料在固态、液态和气态方面都取得了长足的进步，而几乎与激光同时诞生的稀土激光材料凭借着其与生俱来的优点成为优质激光材料必不可少的一部分。目前稀土离子是固体激光材料最主要的激活剂，现有的激光晶体中约有90％是掺入稀土激活离子。然而这种晶体或玻璃材料仍然有很多缺点无法克服，首当其冲的就是没有好的方案对固体工作介质进行冷却，无法从根本上克服大功率运行中的导热和散热问题；另外，生长和加工晶体的难度都非常高，价格昂贵；晶体中比较容易生成的损伤点会在高功率运行的条件下迅速扩大，最终导致整块晶体被破坏，这些都在很大程度上制约了它的重复使用率、使用范围、运转周期和寿命。用液体工作介质代替固体工作介质为激光技术的发展开辟了一个新的领域，液体的流动既解决了困扰固体激光器的热问题，又避开了固体工作介质的损伤；如果要提高持续的运行时间，不需要改变液体激光工作介质容器的微腔结构，只需增加蓄液池的体积，该方案非常简单方便。与此同时，半导体激光抽运技术的发展和成熟，为改善液体激光的光束质量提供了可行的技术基础，使发展稀土离子掺杂液体激光器重新受到了关注。设计并制备实用的液体激光材料更是具有重要意义。因此，对于高功率和高重复频率的激光器，采用稀土液体工作介质代替固体工作介质，不失为一个极具吸引力的解决方案。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种可用于有机液体激光工作介质的稀土离子掺杂的纳米晶体的合成方法。

本发明的目的之二是提供一种目的一所制备的稀土离子掺杂的纳米晶体分散于有机溶剂中形成的有机液体激光工作介质，以及针对此种有机液体激光工作介质所使用的激光振荡装置，便于实现有机液体激光工作介质的激发与发射出的辐射光，实现激光的输出。

本发明的可用于有机液体激光工作介质的稀土离子掺杂的纳米晶体的合成方法的过程中，稀土离子掺杂的纳米晶体的表面修饰的配体的选择是非常重要的。本发明中使用的配体应该能配位至稀土离子掺杂的纳米晶体的表面，同时配体修饰后的稀土离子掺杂的纳米晶体在常规有机溶剂中具有良好的分散性或溶解性，本发明所用的有机配体为有机羧酸。本发明中的稀土离子掺杂的纳米晶体可由共沉淀法制备得到，其中以水醇体系的液相共沉淀法最为常见。该液相共沉淀法的反应条件温和、操作简便、重复性好，可以用来大量制备油溶性的稀土离子掺杂的纳米晶体，其是本发明中获得油溶性的稀土离子掺杂的纳米晶体的首选方法。液相共沉淀法通常的步骤是在水醇体系中，在修饰配体存在的条件下，控制体系的温度在乙醇的沸点(78.4℃)附近，将含有阴、阳离子的溶液缓慢混合，阴阳离子迅速反应结合成稀土离子掺杂的纳米晶体沉淀的同时，配体自然地包裹在稀土离子掺杂的纳米晶体的表面，所得的稀土离子掺杂的纳米晶体由于表面配体的修饰具有较好的油溶性，实验中通过改变阴、阳离子的溶液浓度以及配体的浓度，可以控制稀土离子掺杂的纳米晶体粒子的大小。本发明的合成方法可以应用于稀土离子掺杂的纳米晶体的体系包括：LnF₃、NaLnF₄、CaF₂等在可见光和近红外光区域基本透明的惰性晶体介质，其中：Ln＝Y、La、Gd或Lu；掺杂的稀土元素包括Eu、Tb、Sm、Dy、Yb、Nd、Pr、Er、Ho、Tm、Ce等具有可见和近红外发光的元素及对发光元素起到能量敏化的元素。

本发明的可用于有机液体激光工作介质的稀土离子掺杂的纳米晶体的合成方法为：

方法一：

合成有机配体修饰的稀土离子掺杂的LnF₃纳米晶体：