[发明专利]一种自倍频激光晶体掺钕焦铌酸钙锶

说明书

技术领域

本发明涉及光电子功能材料技术领域，尤其是涉及一种作为固态激光器中的工作物质的激光晶体材料。

背景技术

自倍频激光晶体是一类同时具有激光和非线性效应的复合功能晶体。以激光自倍频晶体制作的全固态激光器具有体积小，调整方便，稳定性高等众多优点，可用于光谱学、生物医学、军事等诸多领域中。

1969年，美国贝尔实验室的Johnson等发明了第一台自倍频激光器。他们在激光自倍频晶体Tm³⁺:LiNbO₃中首次实现了1853.2nm到926.6nm的自倍频激光运转。其后，其他研究者在LiNbO₃中掺入Nd³⁺离子，用氙灯泵浦实现了自倍频运转。然而LiNbO₃晶体的二次谐波输出功率及光损伤阈值低等原因影响了它的实际应用。

1981年，苏联科学家研制成功Nd_0.2Y_0.8Al₃(BO₃)₄(NYAB)晶体，并用闪光灯泵浦获得了1320nm到660nm的自倍频激光运转。由于此晶体在倍频输出波段(532nm)附近存在一个吸收峰，使得从1064nm倍频为532nm的自倍频激光运转难以实现。1986年，陆宝生等通过调整Nd³⁺/Y³⁺的摩尔比，在国际上首次实现了NYAB晶体从1064nm到532nm的自倍频输出。NYAB晶体不足之处在于不易获得高光学质量的单晶，这主要是因为NYAB不是NAB和YAB晶体的均匀固溶体，NAB晶体属于单斜晶系，而YAB晶体属于三方晶系。这就造成了NYAB晶体的不均匀性，很难通过改善晶体生长条件等措施来解决。此外，NYAB晶体在530nm倍频光处存在较强的吸收，对自倍频绿光输出不利。这都影响到NYAB自倍频激光器的实用化。尽管科学家们对自倍频激光晶体材料进行了深入和广泛的研究，但迄今为止，尚未得到具有实用价值的自倍频激光晶体，因此新型自倍频激光晶体的研究开发仍然广受研究者们的关注。

掺钕焦铌酸钙锶(Nd³⁺:CaSrNb₂O₇)晶体属于正交晶系，是一种较为理想的自倍频激光晶体材料。该晶体具有较大的倍频系数，是KDP的3-5倍，可以实现室温下的相位匹配；掺杂的钕离子取代钙和锶的位置，容易实现激光振荡产生；此外，该晶体具有天然完整的解理面，可以省去切割、抛光等加工过程。因而，掺钕焦铌酸钙锶(Nd³⁺:CaSrNb₂O₇)晶体有望成为一种新型的自倍频激光晶体材料。

发明内容

本发明的目的就在于研制一种新的自倍频激光晶体。它是一种能够直接使用激光二极管(LD)泵浦，输出1068nm和534nm波长激光的晶体材料。

掺钕焦铌酸钙锶自倍频激光晶体Nd³⁺:CaSrNb₂O₇，属于正交晶系，Cmc2₁空间群，其晶胞参数为：Dc＝4.84g/cm³。钕离子取代晶格中钙和锶离子，其掺杂浓度在0.5at.％～15at.％之间。

一种自倍频激光晶体掺钕焦铌酸钙锶的制备方法：采用提拉法来进行该晶体的生长。将按Ca_1-xSr_1-xNd_2xNb₂O₇(x＝0.25-7.5)的化学计量比准确称量好的SrCO₃、CaCO₃、Nd₂O₃和Nb₂O₅混合研磨均匀，压片后，在马弗炉中于800℃固相反应24小时；取出后，再研磨混匀，压片，升温至1200℃反应24小时。将合成好的以上样品装入φ45×35mm³的铱金坩锅中，放入提拉炉中，采用提拉法，在N₂气氛中，生长温度为1470-1500℃，晶体转速为5-20转/分钟，拉速为0.4-3毫米/小时的情况下，生长出了高质量的Nd³⁺:CaSrNb₂O₇晶体。得到的晶体外形、光学均匀性良好。

具体的化学反应式如下：