[发明专利]一种稀土离子掺杂四硼酸镓盐晶体、键合晶体、及晶体的制备方法和用途

说明书

本发明公开稀土离子掺杂四硼酸镓盐晶体、键合晶体、及晶体的制备方法和用途。稀土离子掺杂四硼酸镓盐晶体的分子式为A_xR_1‑xGa₃(BO₃)₄；A选自Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm和/或Yb；R选自Y、Gd和/或Lu；0.005≤x≤0.5。键合晶体为四硼酸镓盐晶体和稀土离子掺杂四硼酸镓盐晶体的键合晶体；四硼酸镓盐晶体的分子式为RGa₃(BO₃)₄，R选自Y、Gd和/或Lu。本发明提供的厘米级以上尺寸的高光学质量的稀土离子掺杂四硼酸镓盐晶体A_xR_1‑xGa₃(BO₃)₄和键合晶体具有良好的物理化学性能，较高的热导率以及宽的透光波段，是一种性能优良的固体激光增益介质。

技术领域

本发明属于光电子晶体材料领域，具体涉及一种稀土离子掺杂四硼酸镓盐晶体、键合晶体、及晶体的制备方法和用途。

背景技术

四硼酸镓盐RGa₃(BO₃)₄(R＝Nd,Sm-Er,Y)晶体具有良好的物理化学性能，较高的热导率以及宽的透光波段，同时耐强酸强碱、不潮解，是一种优秀的光学晶体材料。现有技术中，已有四硼酸镓盐RGa₃(BO₃)₄(R＝Nd,Sm-Er,Y)晶体的生长、结构特征和发光性能的报道(Optics and Spectroscopy,127(2019),107；Scientific Reports,9(2019),12787；Optical Materials,49(2015),304；Prog.Crystal Growth and Charact.31(1995),179和Crystal Research and Technology,14(1979),897)。该类晶体属于三方晶系，空间群为R32，单胞参数为a＝9.43-9.50，b＝7.39-7.51，单胞内分子数Z＝3。在上述报道中，通常采用Bi₂O₃-B₂O₃或PbF₂-B₂O₃作为助熔剂来生长RGa₃(BO₃)₄晶体。这些助熔剂的成分不仅具有较强的毒性，而且挥发性也较强，容易导致晶体生长不稳定和晶体缺陷，并且采用上述助熔剂只能采用自发成核方法生长晶体，因此制备得到的仅是毫米量级尺寸的小晶粒，无法获得实用化的厘米量级以上尺寸的高质量单晶。另外，采用上述助熔剂进行生长，也容易导致Bi³⁺或Pb²⁺重金属离子进入晶体中成为杂质离子，这不仅会降低晶体的光学质量，而且会导致晶体的紫外透过截止波长长于300nm(Optical Materials,49(2015),304)。因此利用上述方法生长获得的四硼酸镓盐晶体严重限制了其作为固体激光基质材料的应用价值。另外，至今也未见稀土离子掺杂RGa₃(BO₃)₄晶体作为增益介质的激光运转的研究报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种厘米级以上尺寸的高质量的稀土离子掺杂四硼酸镓盐晶体、键合晶体、及晶体的制备方法，并利用该晶体制作高性能的固体激光器件。

本发明包括如下技术方案：

本发明提供一种稀土离子掺杂四硼酸镓盐晶体，其分子式为A_xR_1-xGa₃(BO₃)₄；其中，

A选自下述稀土元素中的一种、两种或更多种：Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm和Yb；

R选自Y、Gd和Lu中的一种、两种或三种元素；