[发明专利]增加激光材料中Ce3+含量的方法

说明书

技术领域

本发明针对包括Ce³⁺的激光材料以及制备它们的方法。

背景技术

固态光源目前正进入许多不同的照明应用并取代传统的白炽灯和气体放电灯。对于具有最高光学要求的应用（例如，投影、光纤应用），激光被认为是理想的光源。现在许多应用已经可以配有半导体二极管激光器，然而，当应用需要由半导体二极管不能或仅仅是低效率地获得的特定波长时，通常将使用二极管泵浦的固态激光器以产生希望的激光波长。

尤其是含铈的材料，诸如CaSc₂O₄:Ce和类似的材料，由于它们在可见波长范围内的发射，获得了本领域专家的关注。

然而，目前由传统的生长技术生长的晶体通常仅展现出在激发波长处的令人惊讶地低的吸收。对于大多数应用，即使利用共掺杂离子的电荷补偿和在还原性气氛中生长也不能导致吸收系数的显著增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制作具有在可见波长范围内的发射的含铈的激光材料的方法，其中增加了吸收率，尤其是Ce³⁺的4f-5d跃迁的吸收率。

该目的通过根据本发明的权利要求1的激光材料而解决。相应地，提供了一种用于制作具有在可见波长范围内的发射的含铈的激光材料的方法，包括步骤：

a）加热激光材料和/或合适的前体（precursor）至≥1800℃的温度

b）在≤40 h（冷却时间）之内冷却至≤300℃的温度。

术语“激光材料”在本发明的意义上尤其意味着和/或包括在固态激光器中是有源材料的材料并且因此显示在泵浦波长处的吸收以及在激光波长处的受激发射。应当注意，术语“激光材料”被用于基本上是激光材料的所有材料（对于本申请中提及的所有其他材料，尤其是稍后将要讨论的材料Ca_1-x(Sc,Mg)₂O₄:Ce_x也是同样类似的）。

“基本上”在本发明的意义上尤其意味着和/或包括尤其是>90 (wt-)%，更优选地>95 (wt-)%以及更优选地>98 (wt-)%。

术语“前体材料”在本发明的意义上尤其意味着和/或包括在经历根据本发明的步骤a）和b）之后将至少部分地形成激光材料的材料。合适的前体材料在本发明的意义上尤其是将在稍后示出的氧化物（尽管本发明不限于这些材料）。

出人意料地发现，使用这种方法对于本发明内的大范围的应用具有以下优点的至少之一：

- 激光材料内部的光学有源介质的吸收率能够容易且有效地被增强。

- 该方法不需要复杂的设置并且能够使用标准设备来执行。

- 使用该方法，制作大的晶体是可能的，然而在生长运行期间使用高的温度梯度的其他生长技术通常仅产生小片的晶体。

根据优选的实施例，在步骤a）中，激光材料和/或合适的前体被加热至≥2000℃的温度，更优选的≥2150℃。已经证实这加速了制作过程以及此外对于一些应用增加了三价Ce的吸收率。

根据优选的实施例，在步骤b）中，冷却时间≤20 h，更优选的≤12 h并且最优选的≤9 h。

根据本发明的优选实施例，在步骤b）中，冷却时间≤- 64 / ln([Ce]) h，其中[Ce]是Ce的摩尔添加水平（molar dotation level）。

已经发现，对于本发明中的大多数应用，在添加外来原子水平较高的情况下，允许冷却时间高一些，然而在使用低的添加外来原子水平时冷却时间应当更短。

优选地，在步骤b）中，冷却时间≤ - 50 / ln([Ce]) h，更优选的冷却时间≤ - 40 / ln([Ce]) h。

根据本发明的优选实施例，激光材料是显示5d-4f跃迁的斜方晶系材料。这种材料例如从EP申请10166783是已知的，其通过引用合并于此。已经发现，本发明在这些材料的情况下尤其有用，尽管本发明不限于此。

根据本发明的优选实施例，激光材料是Ca_1-x(Sc,Mg)₂O₄:Ce_x。应当注意，Mg仅少量出现（或根本不出现）。

根据本发明的优选实施例，Ce的添加水平（=以上化学式中的数字x）≥0.001。已经发现，实际上较低的添加外来原子水平将导致激光材料通常在实际应用中不可用或仅具有很大的困难。