[发明专利]一种稀土离子掺杂锗酸盐共晶材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种稀土离子掺杂锗酸盐共晶材料及其制备方法，该共晶材料的化学式为Re_4xBi_4(1‑x)Ge₃O₁₂/GeO₂，其中x的范围为0.003‑0.07，Re为Nd、Yb、Tm、Ho、Er、Pr、Dy或Sm稀土离子的一种或多种。材料的制备方法主要为微下拉法，包括以下步骤：(1)按配比准备原料，并将原料研磨；(2)将研磨好的原料装入Pt坩埚内；(3)将Pt坩埚装入炉中进行升温化料；(4)设置长晶程序生长晶体；(5)降温，取出晶体。与现有技术相比，本发明制得的共晶材料由于在材料内部存在两种晶粒，故稀土离子的发光带比在单晶材料中更宽，可用于可调谐激光输出。

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，尤其是涉及一种稀土离子掺杂锗酸盐共晶材料及其制备方法。

背景技术

随着信息化时代的发展，人们对特殊波段激光的关注越来越多，促使世界各国学者的研究重心往新波段优良激光器的方向转变，比如可见光波段和波长较长的中红外波段。现今，GaN蓝光二极管在390nm波段附近已经可以提供瓦量级的输出功率。InGaN二极管可以在360-470nm波段范围内发出从近紫外光到蓝光的激光。

三价Pr³⁺是应用较多的直接发射可见光激光的掺杂离子。在445nm、468nm和486nm处，Pr³⁺的吸收截面可以达到10^-19cm²量级，其上能级³P₀的荧光寿命约为几十微秒。其中445nm处的吸收峰与InGaN激光二极管泵浦源的发射波长非常吻合，468nm处的吸收峰与2ω-OPSLs泵浦源的发射波长非常吻合。相比于其他的稀土离子，Pr³⁺在可见光波段范围内，其拥有大量的辐射跃迁，其发光范围几乎覆盖了可见光波段的红光、橙光、绿光、蓝光。因此Pr³⁺掺杂激光材料是目前最有潜力的可见波段激光材料。然而Pr³⁺面临的一个问题是，唯独在黄光波段没有对应的能级跃迁。黄光激光拥有很大的应用价值，比如589nm黄光可用于钠信标激光器、科研以及遥感等领域。Dy³⁺包含七个4f-4f能级跃迁，其中强度最高的⁴F_9/2→⁶H_13/2跃迁恰好处于黄光发射波段，因此，在黄光波段激光研究中，Dy³⁺也取得了很多有意义的进展。与Dy³⁺的作用相似，Tb³⁺是稀土离子中除了Dy³⁺仅有的另一个存在黄光能级跃迁的离子。另外，Yb³⁺、Nd³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺、Er³⁺掺杂的基质(玻璃、陶瓷和晶体)都已经获得了激光输出。

但是，稀土离子掺杂的铋酸盐(BGO)共晶材料还没有报道。共晶由于其晶体结构中同时存在两种晶相，所以可以提高稀土离子的发射带宽以进一步获得调Q激光输出。因此，很有必要研究一种具有共晶结构的稀土离子掺杂的共晶激光材料。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种Bi₄Ge₃O₁₂/Bi₁₂GeO₂₀：Re共晶材料(Re:Nd、Yb、Tm、Ho、Er、Pr、Dy、Sm等稀土离子)及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种稀土离子掺杂锗酸盐共晶材料，其特征在于，该共晶材料的化学式为Re_4xBi_4(1-x)Ge₃O₁₂/GeO₂，其中x的范围为0.003-0.07，Re为Nd、Yb、Tm、Ho、Er、Pr、Dy或Sm稀土离子的一种或多种。