[发明专利]硼酸锌晶体在激光晶体中的用途

说明书

技术领域

本发明属于晶体材料技术领域，涉及一种硼酸锌晶体的用途，尤其涉及一种硼酸锌晶体用作激光晶体基质材料的新用途。

背景技术

随着激光技术的发展，激光器在精密测绘、通讯信息处理、微电子器件加工以及医疗美容等方面有着重要的应用。其中，固体激光器由于体积小、重量轻、效率高、性能稳定、可靠性好、寿命长、光束质量高等优点，常用于精准制导、半导体器件加工、大气质量检测、光谱研究、外科手术、全息照相以及激光核聚变等方面，是激光器家族中重要的成员之一。

固体激光器中的核心器件是激光晶体。在高功率泵浦下，激光晶体的热效应对所产生激光的功率和光束质量具有很大影响，是制约固体激光器发展的一个重要因素。从某种意义上讲，固体激光器的研发就是一个与激光晶体热效应抗争的过程。例如，如果激光晶体的热膨胀系数过大或者热导率过低，高功率泵浦下产生强的热应力将会严重地降低其损伤阈值，同时所导致的折射率变化也会产生透镜效应，极大地影响所产生激光的光束质量。目前固体激光器中常用的商业化激光晶体基质材料主要是钇铝石榴石(Y₃Al₅O₁₂，简称YAG)和钒酸钇(YVO₄)。钇铝石榴石的热膨胀系数为6.9/MK，热导率仅为14W/m·K；而钒酸钇a轴的热膨胀系数为4.43/MK，c轴的热膨胀系数为11.37/MK，a轴的热导率为5.32W/m·K，c轴热导率为5.10W/m·K。很显然，钇铝石榴石和钒酸钇都不具备低的热膨胀系数和高的热导率，如何降低这两种晶体的热效应所导致的对输出激光功率和品质的影响一直以来是激光技术研究领域的热点课题之一。同时，对于激光晶体，力学性能也是很重要的性能指标，高的力学强度能够有效地改善晶体抵抗力学冲击的能力，提高其在复杂环境中应用性能的稳定性。

因而，有必要开发一种既具有较低的热膨胀系数、较高的热导率，又兼具良好力学性能的激光晶体。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种硼酸锌晶体用作激光晶体基质材料的用途。本发明所涉及的硼酸锌(简称ZBO)晶体具有低的热膨胀系数和高的热导率。以其作为激光晶体基质材料，在应用中能够有效地降低由于热效应所导致的对激光晶体的损伤和对光束质量的下降。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种硼酸锌晶体的用途，尤其是所述硼酸锌晶体用作激光晶体基质材料的用途。本发明所涉及的硼酸锌晶体属于立方晶系、I-43m空间群，化学式为Zn₄B₆O₁₃，单胞参数

本发明中，所述“激光晶体基质材料”指：激光晶体中作为激活离子掺杂的基质材料。

优选地，所述硼酸锌晶体在298K的热膨胀系数为3.5/MK；

优选地，所述硼酸锌晶体在298K的热导率为30.5W/m·K；

优选地，所述硼酸锌晶体的体积模量为241GPa；

优选地，所述硼酸锌晶体的杨氏模量为267GPa；

优选地，所述硼酸锌晶体的剪切模量为104GPa；

优选地，所述硼酸锌晶体的维氏硬度为1304；

优选地，所述硼酸锌晶体的莫氏硬度为9。

本发明还提供了一种激光晶体，所述激光晶体包括上述的硼酸锌晶体，且硼酸锌晶体作为激光晶体基质材料。

优选地，所述激光晶体包括上述的硼酸锌晶体，以及掺杂在所述硼酸锌晶体中的激活离子，所述硼酸锌晶体作为激光晶体基质材料。

本发明中，对激活离子的掺杂位置不作限定，例如激活离子可以掺杂在锌离子、氧离子或硼离子位置中的任意一种，或同时掺杂在上述两种或三种离子位置，优选的情况下，所述激活离子掺杂在所述硼酸锌晶体的锌离子位置。