[发明专利]掺钛氧化镓晶体及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及掺钛氧化镓晶体及其制备方法与应用。该晶体分子式为β‑(Ga_1‑xTi_x)₂O₃，0.0001x0.1。本发明采用导模法生长β‑(Ga_1‑xTi_x)₂O₃晶体。Ti作为激活离子，荧光光谱位于可见与近红外波段，发射光谱较宽，适合该波段的超快激光输出及宽波段可调谐激光输出。与现有技术相比，本发明掺钛氧化镓晶体具有热导率高，Ti离子掺杂后晶格畸变小，可作为超快激光及可调谐激光增益介质使用。

技术领域

本发明涉及一种新型激光晶体及其制备方法与应用，特别涉及掺钛氧化镓晶体及其制备方法与应用，属于晶体与器件技术领域。

背景技术

超快激光具有超短脉宽，超高的峰值功率等优异特性，这使其在众多领域可以提供极端的物理条件和先进的实验手段，在加工、存储、医疗、通信、科研、国防等领域有着重要的应用价值。

目前常用的超快及可调谐激光晶体有Ti:Al₂O₃、Cr:LiSrAlF₆、Cr:LiCaAlF₆，其中Cr:LiSrAlF₆、Cr:LiCaAlF₆晶体热导率较低，不适合大功率的激光输出，应用受到限制。Ti:Al₂O₃晶体热导率较高、发射光谱较宽，是综合性能优良的超快激光增益介质。但Ti:Al₂O₃晶体中，Ti离子半径与Al离子半径相差较大，晶格失配严重，导致晶体生长难度大，晶体质量不高。并且Ti离子分凝系数较小，容易导致离子浓度分布不均匀，且很难获得高掺的Ti:Al₂O₃晶体。

鉴于以上原因，发射波段覆盖范围宽、物理化学性质稳定、热导率较高的激光晶体具有重要的应用价值，并且一直是人们研究的重点。中国专利文件CN104005085A(申请号：201410263449.7)公开一种镱激活硼酸镥钙超快激光晶体，该晶体的化学式为Ca₃Lu_2(1-x)Yb_2x(BO₃)₄，0x1，Yb³⁺取代晶体中的Lu³⁺。其特征在于：采用纯度为99.99％的Lu₂O₃、Yb₂O₃与分析纯的H₃BO₃、CaCO₃作为原料，通过高温固相反应获得Yb³⁺:Ca₃Lu₂(BO₃)₄多晶料，在氮气气氛保护下采用提拉法生长获得优质晶体。但是，该晶体热导率较低，发射光谱范围较窄，对于获得更大能量、更短脉冲的超快激光来说有一定的难度。

Ga₂O₃共有α、β、γ等五种晶型，其中，β型结构最稳定。β-Ga₂O₃晶体属于单斜晶系，热导率可达28W/mK，与蓝宝石相当，远超过常见的YAG、YVO₄等晶体。目前β-Ga₂O₃做为新一代超宽禁带半导体材料在半导体领域得到广泛研究，但是目前仍没有Ti掺杂β-Ga₂O₃晶体作为激光增益介质的报道。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种掺钛氧化镓晶体及其制备方法与应用，该晶体可以作为超快激光的增益介质。

本发明的技术方案如下：