[发明专利]一种自调Q的石榴石晶体及其制作的自调Q器件、自调Q脉冲激光器

权利要求书

1.一种产生稳定脉冲激光的自调Q的石榴石晶体，通式为(Re_yCa_zA_1-y-z)₃(Sc_xGa_1-x)₂(Cr_zGa_1-z)₃O₁₂，其中，Re＝Nd或Yb，A＝Y，Gd或Lu，0<x≤1，0<y≤1，0.00001≤z≤0.1；具有Ia-3d空间群结构；

当掺杂Nd³⁺和Cr⁴⁺离子时，所述石榴石晶体中，Nd³⁺浓度0<y≤0.01，Cr⁴⁺浓度0.0001≤z≤0.1；

当掺杂Yb³⁺和Cr⁴⁺离子时，所述石榴石中，Yb³⁺浓度0.05≤y≤0.1，Cr⁴⁺浓度0.0003≤z≤0.002。

2.如权利要求1所述的自调Q的石榴石晶体，其特征在于当掺杂Nd³⁺和Cr⁴⁺离子时，所述石榴石晶体能实现输出波长为0.9μm(⁴F_3/2→⁴I_9/2)、1.06μm(⁴F_3/2→⁴I_11/2)的自调Q脉冲激光。

3.如权利要求1所述的自调Q的石榴石晶体，其特征在于当掺杂Yb³⁺和Cr⁴⁺离子时，所述石榴石晶体能实现输出波长为1μm(²F_5/2→²F_7/2)左右的自调Q脉冲激光。

4.权利要求1-3任一项所述的自调Q的石榴石晶体的生长方法，包括步骤如下：

(1)以Re₂O₃,A₂O₃,Sc₂O₃,Ga₂O₃,Cr₂O₃，CaCO₃为原料，按照通式(Re_yCa_zA_1-y-z)₃(Sc_xGa_1-x)₂(Cr_zGa_1-z)₃O₁₂中各组分的摩尔比分别计算称量原料，混合12小时后放到Pt坩埚在1000-1100℃烧结10小时；研磨混合得到粒径为微米级的(Re_yCa_zA_1-y-z)₃(Sc_xGa_1-x)₂(Cr_zGa_1-z)₃O₁₂石榴石多晶料；

(2)将上述的石榴石多晶料装入气球捣实，在抽完真空后，在60-80MPa的等静水压下压制1-5分钟成圆柱形料棒，将料棒置于1000-1500℃的烧结炉中烧结6-8小时；

(3)光浮区法生长(Re_yCa_zA_1-y-z)₃(Sc_xGa_1-x)₂(Cr_zGa_1-z)₃O₁₂晶体：采用[111]方向的纯YAG籽晶，密封通氧的石英管内，在光浮区生长炉中下端旋转移动杆固定籽晶，上端旋转移动杆固定多晶料棒；升温至籽晶上端、多晶料棒下端熔化，移动使两者接触开始晶体生长，向下移动籽晶和料棒，籽晶上不断地从熔体接触端固液界面析出晶体，向下移动的料棒不断地熔化补充熔区原料含量；通过调节氙灯的的加热功率和料棒的向下移动速度来实现收颈→放肩→等径→收尾晶体生长过程；

生长过程中通入纯度≥99.9％的氧气，氧气流动速率为300mL/min，以使(Re_yCa_zA_1-y-z)₃(Sc_xGa_1-x)₂(Cr_zGa_1-z)₃O₁₂内四面体上的Cr元素的价态为+4价，在900-1200nm波段具备可饱和吸收性质；上、下两个旋转移动杆的转速控制在15-20r/min，转动方向相反，以使生长时晶体与熔区的固液界面为微凸界面；收颈处的直径控制在2-3mm，放肩和收尾的晶体生长长度均要控制在5-10mm，以减少晶体内的生长缺陷，提高晶体的生长质量；生长完的晶体在1000℃的空气中下退火30-40h以消除晶体所存在的较大的热应力。