[发明专利]掺质铝酸镁镧及用其单晶的激光器

说明书

本发明涉及混合镧系镁铝酸盐的单晶，该种单晶可用于微型激光器中的集成透镜、光导纤维、电讯或医学（如微形手术，皮肤处理），可用于能发射红外光或可见光的具有一定程度可调谐的大功率激光器以及在可见光范围内可调谐的大功率激光器，更具体地说，这使它能进行对材料的处理（如焊接、打孔、打标志、表面处理）、进行光学反应、可控制热核聚变，或者能使如氦一类气体的原子发生极化。

本发明的某些激光器可发射波长为1054、1082及1320毫微米的谱线并具有一定程度的可调谐性，另外一些激光器可发射1.5至3微米范围内的谱线，以及还有其它一些激光器在680至800毫微米之间可调。

已知的混合镧系镁铝酸盐，具体地说是被称之为LNA的镧钕镁的铝酸盐，其通式为La_1-xNd_xMgAl₁₁O₁₉，其中0＜x＜1，而最好是La_0.9Nd_0.1MgAl₁₁O₁₉。这些混合的铝酸盐在以本申请人的名字申请的法国专利申请说明书FR-A-2448134及欧洲专利申请说明书EP-A-0043776号中有详细的叙述。这些混合铝酸盐单晶在发射红外谱线方面具有与掺钕的铝和钇石榴石（简写为YAG∶Nd）以及超磷酸钕（NdP₅O₁₄）相类似的激光性质。

特别是，LNA具有十分有意义的激光发射波长1054和1082毫微米，覆盖了YAG的激光发射波长1064毫微米。而且它还有另一个在1320毫微米附近的发射波长范围，该波长范围是相应于二氧化硅光纤的最小衰减区间，这就可允许传输最大量的信息而只带来最少的损耗。为获得激光效应，可采用熔体生长晶体的许多方法来制备LNA单晶，如火焰熔融法或切克劳斯基提拉法。

但是，这些铝酸盐没有所谓同成分熔点，也就是说该单晶与熔体的组分不同。这样，如果需要制备为工业激光器，尤其是为大功率激光器所需要的大直径单晶（6.5毫米直径，100毫米长的条或棒），那么，这些铝酸盐单晶的制备，尤其是用最广泛使用的切克劳斯基提拉法来制备将导致单晶的质量不合要求（带气泡、缺陷等），况且，LNA只有很少数的激光发射波长。

另外，已知混合镧钕镁铝酸盐的通式为La_1-xNd_xMg_YAl₁₁O_18+Y，式中x和y分别代表符合0＜x＜0.2及0＜y＜1，最好为0.4＜y＜0.7的数。在1985年10月21日申请的、申请号为8515579的法国专利申请就是以这些混合铝酸盐作为主题内容。就大直径单晶的生产而论，这些混合铝酸盐比起LNA来说是一个进步，但是，这些激光器所覆盖的波长范围仍然有限。

本发明特别涉及可用于大功率工业激光器的新的混合镧系镁铝酸盐单晶，以它制造的激光器可发射从黄光至红外（3微米）范围的波长。

根据本发明的主要方面，这些混合镧系镁铝酸盐的特征在于有下列通式Ⅰ：

式中Tr代表：（a）至少一种从镧系元素，Y和Sc中选择出来的单独的三价元素，或（b）至少一对由一种二价元素和一种三价元素组成的镧系元素时，以添加所缺的铝或氧或所说的单独的或成对的镧系元素来保持电中性;x代表符合于0≤x＜1的一个数;y及v代表符合于0≤y+v≤0.4的两个数;z及t代表符合于0≤x+t＜1的两个数，条件是当z+t＝0时，y+v≠0或者Tr代表一个单独的三价镧系元素;u是在0至2之间的一个数，条件是当Tr代表Y⁺³或Sc⁺³时，u≠0和当x＝0时，u≠0以及当u＝0时，x≠0。此外，这些混合铝酸盐是单相的并具有磁铅石型的晶体结构，呈六方晶系的晶格。具体地说，它们具有类似于Al₂O₃的机械特性。

根据本发明，这些铝酸盐可用作能发射一种宽波长范围的激光发射体，所说波长范围要取决于Tr的性质以及Cr的存在与否。况且这些铝酸盐中许多都具有一个所谓同成分熔点，并且用切克劳斯基提拉法所制得的晶体是优质的。这样就有可能制备为大功率工业激光器所需要的大单晶。