[发明专利]高热导率、高电导率的共掺杂氧化镓晶体激光材料及其制备方法

说明书

本发明属于人工晶体领域，具体涉及一种高热导率、高电导率的共掺杂氧化镓晶体激光材料及其制备方法，特别涉及共掺杂钛和铟的氧化镓晶体及其制备方法，所述共掺杂钛和铟的氧化镓晶体通过在氧化镓中同时掺入钛和铟离子，具有高热导率和高电导率激光特性，适合用作普通的固体激光工作物质、可调谐激光器或超快激光器或自调Q固体激光器的增益介质。

技术领域

本发明属于人工晶体领域，具体涉及一种高热导率、高电导率的共掺杂氧化镓晶体激光材料及其制备方法，特别涉及共掺杂钛和铟的氧化镓晶体及其制备方法。

背景技术

高电导率短脉冲激光目前广泛应用在通讯、科学研究、医学、加工等领域，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，无法及时传递出激光运转过程中形成的大量的热，会导致激光稳定性降低，甚至会导致调谐激光晶体的损坏，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，研究开发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。

发明内容

本发明的目的是提供一种高热导率、高电导率的共掺杂氧化镓晶体激光材料。本发明人通过反复的实验研究，发现通过在氧化镓中同时掺入钛和铟离子，具有高热导率和高电导率激光特性，适合用作普通的固体激光工作物质、可调谐激光器或超快激光器或自调Q固体激光器的增益介质。

为实现上述发明目的，本发明提供以共掺杂氧化镓晶体激光材料：

一种钛和铟离子共掺杂氧化镓晶体，化学式为β-(Ga_1-x-yTi_xIn_y)₂O₃，其中0.001<x<0.01，0.0001<y<0.001。

在一些优选的实施方案中，本发明的钛和铟离子共掺杂氧化镓晶体，其中0.005<x<0.01，0.0005<y<0.001。

在另一些优选的实施方案中，本发明的钛和铟离子共掺杂氧化镓晶体，其中0.005<x<0.01，0.0005<y<0.001。

本发明发现，钛和铟离子的掺杂量对制得的共掺杂氧化镓晶体的性能影响很大，只有按照本发明的化学计量(β-(Ga_1-x-yTi_xIn_y)₂O₃，0.001<x<0.01，0.0001<y<0.001)进行配比时，才能得到热导率和电导率性能优异的晶体。

第二方面，本发明提供本发明钛和铟离子共掺杂氧化镓晶体的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：按化学计量比将纯度大于99.999％的Ga₂O₃、Ti₂O₃和In₂O₃混合均匀，成型，烧结，得到共掺杂多晶料；

步骤2：将烧结好的原料放入生长炉的铱金坩埚中，以纯的β-Ga₂O₃晶体作为生长用的籽晶，生长方向平行于(100)解理面；