阅读说明：本技术 一种掺镱硼酸锶镧钇混晶激光晶体及其制备方法和应用 (Ytterbium-doped strontium borate lanthanum yttrium mixed crystal laser crystal and preparation method and application thereof ) 是由 潘忠奔 唐开阳 张衍 戴晓军 何亭 居佳 袁浩 蔡华强 于 2019-11-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种掺镱硼酸锶镧钇混晶激光晶体及其制备方法和应用,掺镱硼酸锶镧钇混晶激光晶体的分子式为Sr<Sub>3</Sub>Y<Sub>x</Sub>La<Sub>y</Sub>Yb<Sub>2-x-y</Sub>(BO<Sub>3</Sub>)<Sub>4</Sub>,其中x＝0～2,y＝0～2,Yb<Sup>3+</Sup>离子的掺杂浓度为5at.％至30at.％。实验结果表明所制备的Sr<Sub>3</Sub>Y<Sub>x</Sub>La<Sub>y</Sub>Yb<Sub>2-x-y</Sub>(BO<Sub>3</Sub>)<Sub>4</Sub>混晶性能介于Yb:Sr<Sub>3</Sub>Y<Sub>2</Sub>(BO<Sub>3</Sub>)<Sub>4</Sub>和Yb:Sr<Sub>3</Sub>La<Sub>2</Sub>(BO<Sub>3</Sub>)<Sub>4</Sub>两种晶体之间,较Yb:Sr<Sub>3</Sub>La<Sub>2</Sub>(BO<Sub>3</Sub>)<Sub>4</Sub>晶体具有更大的无序度,采用锁模技术,有望获得更短的超短脉冲激光输出。(The invention discloses a ytterbium-doped strontium borate lanthanum yttrium mixed crystal laser crystal and a preparation method and application thereof, wherein the molecular formula of the ytterbium-doped strontium borate lanthanum yttrium mixed crystal laser crystal is Sr 3 Y x La y Yb 2‑x‑y (BO 3 ) 4 Wherein x is 0-2, y is 0-2, Yb 3+ The doping concentration of the ions is 5 at.% to 30 at.%. The experimental result shows that the prepared Sr 3 Y x La y Yb 2‑x‑y (BO 3 ) 4 The mixed crystal property is between Yb and Sr 3 Y 2 (BO 3 ) 4 And Yb: Sr 3 La 2 (BO 3 ) 4 Between two kinds of crystals, as compared with Yb and Sr 3 La 2 (BO 3 ) 4 The crystal has larger disorder degree, and is hopeful to obtain by adopting the mode locking technologyThereby obtaining shorter ultrashort pulse laser output.)

一种掺镱硼酸锶镧钇混晶激光晶体及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于激光晶体材料领域，具体涉及一种激光晶体的制备方法和应用以及在固体激光器中的应用。

背景技术

激光被称为20世纪最伟大的发明之一，也在近50年的时间之内被广泛的研究的一种技术，在军事，医疗，测距，定位等领域都有着重要的作用。目前常用的激光器包括固体激光器，液体激光器，气体激光器，半导体激光器。而其中固体激光器因为体积较小，使用便捷，可以实现较大的激光输出而被广泛的应用于各种场合。而激光器的核心正是增益介质。

增益介质主要包括两部分：激活离子和介质材料，激光的吸收光谱，发射光谱，荧光寿命等激光性能都和激活离子的能级所决定。目前常见的激活离子主要由稀土离子或者过渡金属离子。介质材料则基本上决定了增益材料的理化性质。常见的介质材料有晶体，玻璃以及陶瓷。其中激光晶体是研究目前的固体激光器的热点，因为其独有的稳定性，物理化学特性包括较高的导热系让激光晶体成为了研究的热点，高功率，高能量的激光是研究中的热门研究方向，其面对的是先进制造技术和激光武器，其对晶体的综合要求较高，尤其是物理化学特性，除此以外，短脉冲，宽谱带也是激光晶体中追求的重点。而无序晶体则因为不同离子的在同一位置出现，让光谱可以加宽，同时本身的物理化学性质也比较优异，获得了很多研究者的青睐。

发明内容

发明的目的是为了提供一种产生了1微米超短脉冲的激光晶体材料，材料的无序度更大，之后通过锁模技术更有利于产生超短的脉冲激光。

为了达到上述的技术效果，本发明采用以下技术方案：

一种掺镱硼酸锶镧钇激光晶体，该激光晶体为Yb³⁺离子掺杂的Sr₃(Y,La)(BO₃)₄，该晶体的分子式为Sr₃Y_xLa_yYb_2-x-y(BO₃)₄，其中x＝0～2，y＝0～2，Yb³⁺离子的掺杂浓度为5at.％至30at.％。at.％的含义为原子数百分比含量。其中经过多次实验的验证，当x＝0～2，y＝0～2，Yb³⁺的掺杂浓度为0～30at％晶体的质量最好。晶体的分子式中x≠0，y≠0。

进一步的技术方案是，所述的掺镱硼酸锶镧钇激光晶体中，Y、La元素会被Yb³⁺所取代。

本发明还提供了所述的掺镱硼酸锶镧钇激光晶体的制备方法，所述的掺镱硼酸锶镧钇激光晶体由下述原料通过固相反应得到混晶后再采用提拉法制备而成：

原料：纯度为99.99％的Y₂O₃，纯度为99.99％的Yb₂O₃，纯度为99.99％的La₂O₃，纯度为99.99％的SrCO₃，纯度为99.99％的H₃BO₃；

固相反应化学式：

进一步的技术方案是，所述的固相反应的步骤如下：将原料充分混合之后，在温度900℃～1000℃进行固相反应20～24h，再升温至1000℃～1200℃进行反应24～30h，得到多晶料。

进一步的技术方案是，所述提拉法的步骤为将多晶料置于提拉炉中，生长的提拉速度为0.5～3mm/h，转速为4～11rpm。

本发明还提供了所述的掺镱硼酸锶镧钇激光晶体的应用，所述晶体用在1μm固体锁模激光器中产生超快激光脉冲。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明所制备的Sr₃Y_xLa_yYb_2-x-y(BO₃)₄混晶性能介于Yb:Sr₃Y₂(BO₃)₄和Yb:Sr₃La₂(BO₃)₄两种晶体之间，较Yb:Sr₃La₂(BO₃)₄晶体具有更大的无序度，采用锁模技术，有望获得更短的超短脉冲激光输出，可在1μm固体锁模激光器中产生超快激光脉冲。

附图说明

图1为本发明的Sr₃Y_0.9La_0.9Yb_0.2(BO₃)₄混晶，以及Sr₃La_1.8Yb_0.2(BO₃)₄和Sr₃Y_1.8Yb_0.2(BO₃)₄的XRD衍射图像。

图2为本发明的Sr₃Y_0.9La_0.9Yb_0.2(BO₃)₄混晶，以及Sr₃Y_1.8Yb_0.2(BO₃)₄和Sr₃La_1.8Yb_0.2(BO₃)₄的发射光谱。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

x＝0.9，y＝0.9按照下列方程式：

将SrCO₃，La₂O₃，Y₂O₃，H₃BO₃，Yb₂O₃称重配好之后，在马弗炉中升温至930℃固相反应20h，再升温至1030℃，保温24h，进行进一步的固相反应，生成多晶料。

多晶料使用提拉法制备单晶，将多晶料放置于铱金坩埚之中，为了防止铱金坩埚被氧化，向其中通入氩气作为保护气体。设置升温程序，在5h内升至4400W，之后使用籽晶提拉生长，生长时提拉速率为2mm/h，籽晶杆转速为8rpm，直至生长得到尺寸Ф25×45mm³的单晶。之后设置退火程序使晶体温度降到室温。

此实例生长的晶体化学式为Sr₃La_0.9Y_0.9Yb_0.2(BO₃)₄，Yb³⁺掺杂浓度为10at％。晶胞参数为

Z＝4。

实施例2：

与例1基本相同，所不同的是x＝0.4，y＝1.4，按照化学反应式：

将SrCO₃，Y₂O₃，La₂O₃，H₃BO₃，Yb₂O₃称重配好之后，在马弗炉中升温至930℃固相反应20h，再升温至1030℃，保温24h，进行进一步的固相反应，生成多晶料。

多晶料使用提拉法制备单晶，将多晶料放置于铱金坩埚之中，为了防止铱金坩埚被氧化，向其中通入氩气作为保护气体。设置升温程序，在5h内升至4400W，之后使用籽晶提拉生长，生长时提拉速率为2mm/h，籽晶杆转速为8rpm，直至生长得到尺寸Ф25×45mm³的单晶。之后设置退火程序使晶体温度降到室温。

此实例生长的晶体化学式为Sr₃La_0.4Y_1.4Yb_0.2(BO₃)₄，Yb³⁺掺杂浓度为10at％。晶胞参数为

Z＝4。

实施例3：

与例1基本相同，所不同的是x＝1.4，y＝0.4，按照化学反应式：

将SrCO₃，La₂O₃，Y₂O₃，H₃BO₃，Yb₂O₃称重配好之后，在马弗炉中升温至930℃固相反应20h，再升温至1030℃，保温24h，进行进一步的固相反应，生成多晶料。

多晶料使用提拉法制备单晶，将多晶料放置于铱金坩埚之中，为了防止铱金坩埚被氧化，向其中通入氩气作为保护气体。设置升温程序，在5h内升至4400W，之后使用籽晶提拉生长，生长时提拉速率为3mm/h，籽晶杆转速为11rpm，直至生长得到尺寸Ф25×45mm³的单晶。之后设置退火程序使晶体温度降到室温。

此实例生长的晶体化学式为Sr₃La_1.4Y_0.4Yb_0.2(BO₃)₄，Yb³⁺掺杂浓度为10at％。晶胞参数为

Z＝4。

实施例4：

将实施例1生长好的晶体切割部分研成粉末，测量其XRD衍射图谱(图1)，并同Sr₃La_1.8Yb_0.2(BO₃)₄和Sr₃Y_1.8Yb_0.2(BO₃)₄这两种晶体进行比对。

将实施例1生长好的晶体加工成6*6*2mm³的样品，发射光谱(图2)，并同Sr₃La_1.8Yb_0.2(BO₃)₄和Sr₃Y_1.8Yb_0.2(BO₃)₄这两种晶体进行比对。

图1示出了Sr₃La_0.9Y_0.9Yb_0.2(BO₃)₄混晶晶体的xrd衍射谱，同Sr₃La_1.8Yb_0.2(BO₃)₄和Sr₃Y_1.8Yb_0.2(BO₃)₄两种晶体相比，衍射图谱基本一致，表明所制备的混晶并没有影响晶格结构。

图2示出了Sr₃La_0.9Y_0.9Yb_0.2(BO₃)₄混晶晶体的发射光谱，同Sr₃La_1.8Yb_0.2(BO₃)₄和Sr₃Y_1.8Yb_0.2(BO₃)₄两种晶体相比，其发射谱宽度介于Sr₃La_1.8Yb_0.2(BO₃)₄和Sr₃Y_1.8Yb_0.2(BO₃)₄二者之间，较Sr₃Y_1.8Yb_0.2(BO₃)₄具有更宽的发射带宽，有望通过锁模技术获得更短的超短脉冲激光输出。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。