[发明专利]一种铋钾双掺铝酸钇新型近红外激光晶体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铋钾双掺铝酸钇新型近红外激光晶体及其制备方法，属于近红外激光增益材料领域，其中，铋钾双掺的铝酸钇晶体中同时掺入铋离子和钾离子，其中铋离子的掺入量为0.1～15at.％，钾离子的参入量为0.1～15at.％。本发明铋钾双掺晶体，铋离子作为激活离子，而钾离子作为优化离子，可以提供局部电荷的补偿作用，铋钾双掺时易变价的Bi³⁺将获得相对于单掺Bi³⁺时获得更多的电子，形成更多低价态的铋离子，同时提高铋离子的分凝系数，从而有效提高铋离子近红外发光效率。实现增强荧光输出，降低激光阈值和提高激光效率。该激光晶体在军事、医疗、科研及通信等领域有着重要的应用前景。

技术领域

本发明涉及近红外激光增益材料技术领域，具体涉及一种铋钾双掺铝酸钇新型近红外激光晶体及其制备方法。

背景技术

近红外波段激光在光通信、超快光子学、激光雷达、遥感探测、光电对抗、医疗、科研、等领域具有广泛的应用前景。2001年日本学者Fujimoto等人首次报道了铋掺杂玻璃的近红外宽带发光后，铋离子成为近红外超宽波段激光输出的有效离子之一。铋离子不仅具有近红外波段的宽带发光，还具有中红外波段的宽带发光，且半峰宽较宽，荧光寿命长等优点而备受关注。

目前国内外关于铋离子的研究主要集中在玻璃光纤基质中，主要应用于光纤通信领域，而在激光晶体材料中的研究非常少，主要是因为铋离子近红外荧光发射效率低、发光弱和分凝系数低等问题。而且，铋离子不像稀土离子那样具有特征鲜明的发射光谱，其发光受多种因素，如共价键、配位环境、晶格对称性及酸碱度等影响。铋离子红外发光的起源一直没有定论，其原因是铋离子的价态复杂，可为Bi⁰、Bi⁺¹、Bi⁺²、Bi⁺³、Bi⁺⁴和Bi⁺⁵，且铋离子可以形成一系列的团簇。近年来国内外对铋离子近红外宽带发光的研究表明，近红外发光中心为低价态的铋离子，如何获得低价态的铋离子，并让其稳定存在，是掺铋发光材料的研究重点。

因此研究铋钾双掺铝酸钇近红外激光晶体材料对近红外宽光谱激光输出具有重要意义。目前，国内外尚未有关于铋钾双掺铝酸钇晶体的相关报道。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种铋钾双掺铝酸钇新型近红外激光晶体及其制备方法。

根据公开的实施例，本发明的第一方面提出了一种铋钾双掺铝酸钇新型近红外激光晶体，所述的近红外激光晶体包括晶体基质、铋离子和钾离子，所述的晶体基质为铝酸钇晶体，所述的铋离子作为激活离子和所述的钾离子作为优化离子同时掺入所述的铝酸钇晶体中。

进一步地，所述的铋钾双掺铝酸钇近红外激光晶体的分子式为Bi/K:YAlO₃，简式为：Bi/K:YAP。

进一步地，所述的铋离子的掺杂浓度范围为0.1～15at.％，所述的钾离子的掺杂浓度范围为0.1～15at.％。

进一步地，所述的近红外激光晶体用于实现900nm～1700nm波段宽带全固态激光输出。

根据公开的实施例，本发明的第二方面提出了一种铋钾双掺铝酸钇新型近红外激光晶体的制备方法，所述的制备方法包括下列步骤：

S1、将纯度为99.999％的Bi₂O₃、K₂CO₃、Y₂O₃和Al₂O₃作为原料，配料时[Y]和[Al]摩尔比为1:1，铋离子的掺入量为0.1～15at.％，钾离子的参入量为0.1～15at.％，原料经研混均匀后压块烧结；