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CN115411603B - 一种镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体及其制备方法与应用 - Google Patents

一种镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体及其制备方法与应用

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CN115411603B
CN115411603B CN202110582251.5A CN202110582251A CN115411603B CN 115411603 B CN115411603 B CN 115411603B CN 202110582251 A CN202110582251 A CN 202110582251A CN 115411603 B CN115411603 B CN 115411603B
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laser
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laser crystal
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牛晓晨
廖家裕
李�真
陈振强
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Jinan University
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Jinan University
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    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
    • H01S3/1655—Solid materials characterised by a crystal matrix silicate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
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Abstract

本发明公开了一种镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体及其制备方法与应用，涉及激光晶体增益材料技术领域。该激光晶体的化学式为Yb4xCaLa4(1‑x)Si3O13，其中，x＝0.01～0.30。该激光晶体以CaLa4Si3O13作为激光晶体基质，利用La元素在CaLa4Si3O13晶体中占据多个格位，Yb的掺入能够有效代替La的多个格位，从而增强Yb的非均匀展宽，形成宽带发射，利于飞秒激光的产生。采用此类晶体作为增益介质，利用中心发射波长在940～980纳米的激光器泵浦，可以实现1微米附近的高效可调谐和超短脉冲激光输出，在工业应用、科学研究及国防军事等领域有着重要的应用前景。

Description

一种镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及激光晶体增益材料技术领域，具体涉及一种镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体及其制备方法与应用。
背景技术
在当前所有能够实现LD泵浦全固态飞秒激光输出的超快激光晶体中，以掺杂Yb3+的激光晶体材料备受关注。原因如下：(1)Yb3+只有两个电子能级(基态2F7/2和激发态2F5/2)，其激光运转属于准三能级系统，能够有效地避免浓度猝灭、激发态吸收和上转换等缺陷；(2)由于能级简单，能够发射较宽的荧光光谱，支持超短脉冲产生；(3)其吸收波长与半导体激光器输出波长匹配，可以直接采用半导体激光器泵浦。而高性能的飞秒激光晶体材料需要满足一个基本要求：宽的发射谱带宽(利于实现超短脉冲)。
在无序晶体的内部结构中，由于发光离子随机占据着晶格中的不同位置，相对于传统的有序晶体，具有更加宽的非均匀性加宽荧光光谱，利于超短脉冲的产生。同时，吸收光谱相比于传统有序的晶体也有一定的加宽，这都让无序晶体在激光晶体的研究之中有较好的应用场景。另外，其本身的物理化学性质也比较优异，获得了很多研究者的关注。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体。这是一种产生了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。
本发明的第二个目的在于提供上述镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体的制备方法。
本发明的第三个目的在于提供上述镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体的应用。
本发明的目的可通过以下技术方案实现：
一种镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体，所述的激光晶体的化学式为Yb4xCaLa4(1-x)Si3O13，其中，x＝0.01～0.30，优选为0.1～0.15。
进一步地，所述的激光晶体中，La元素会被Yb3+所部分取代。
本发明的第二个目的可通过以下技术方案实现：
上述镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体的制备方法，所述的激光晶体可采用提拉法生长，包括以下步骤：
1)选用Yb2O3、CaCO3、La2O3、SiO2为原料，将所述原料按下列化学方程式进行配料：
2xYb2O3+CaCO3+2(1-x)La2O3+3SiO2→Yb4xCaLa4(1-x)Si3O13+CO2↑；
2)将步骤1)中配好的原料混合均匀，压料成块，煅烧，得到烧结料；
3)采用提拉法进行晶体生长：
操作为：将步骤2)所得烧结料置于反应器内，升温至熔点以上将其完全融化，恒温处理，然后进行晶体生长；晶体生长结束后，冷却至室温，取出晶体，即获得目标产物。
进一步地，所述的步骤2)中，煅烧的条件设置如下：烧结温度为1200～1400℃，烧结时间为2～24小时。
进一步地，所述的步骤3)中，升温至熔点以上具体是指升温至熔点以上40～120℃。
进一步地，所述的步骤3)中，恒温处理的时间为1～12小时。
进一步地，所述的步骤3)中，晶体生长过程中，提拉速度为0.1～5.0mm/h，旋转速度为3～50rpm。
进一步地，所述的步骤3)中，冷却过程中，退火速率为6～20℃/h。
进一步地，所述的步骤1)中，所有原料的纯度均达到99.999％。
本发明的第三个目的可通过以下技术方案实现：
上述镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体的应用，所述的激光晶体用于在1微米波段全固体锁模激光器中产生超快激光脉冲。
一种全固体锁模激光器，采用所述的镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体作为激光工作物质，采用激光二极管作为泵浦源。
进一步地，所述的泵浦源的中心发射波长在940～980纳米。
进一步地，所述的全固体锁模的输出波长为1微米波段。
上述镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体或全固体锁模激光器的应用，所述的应用为在工业、光谱学、生物化学、医疗、军事、国防等领域中的应用。
本发明相对于现有技术具有如下优点和效果：
该激光晶体以CaLa4Si3O13作为激光晶体基质，利用La元素在CaLa4Si3O13晶体中占据多个格位，Yb的掺入能够有效代替La的多个格位，从而增强Yb的非均匀展宽，形成宽带发射，利于飞秒激光的产生。
采用此类晶体作为增益介质，利用中心发射波长在940～980纳米的激光器泵浦，可以实现1微米附近的高效可调谐和超短脉冲激光输出，在工业应用、科学研究及国防军事等领域有着重要的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
将Yb2O3(99.999％)、CaCO3(99.999％)、La2O3(99.999％)、SiO2(99.999％)原料按配比化学方程式计算每种原料所需的质量并精确称量，其中x＝0.1。接着将配好的原料放入混料机中使混合均匀，将混匀的样品压料成块置于坩埚中。接着将样品放置在马弗炉中进行煅烧，烧结温度为1250℃，烧结时间为9小时，即可得到烧结料。将得到的烧结料置于提拉炉内，升温，达到熔点以上80℃，将其完全融化，并且恒温6小时，然后将温度慢慢降至结晶点进行晶体生长，提拉速度为1.2mm/h，旋转速度为12rpm。当生长过程结束时，晶体被拉出熔体，并以16℃/h的退火速率冷却至室温，然后取出晶体Yb0.4CaLa3.6Si3O13。
采用此类晶体作为增益介质，利用中心发射波长在940～980纳米的激光器泵浦，可以实现1微米附近的高效可调谐和超短脉冲激光输出，在工业应用、科学研究及国防军事等领域有着重要的应用前景。
实施例2
将Yb2O3(99.999％)、CaCO3(99.999％)、La2O3(99.999％)、SiO2(99.999％)原料按配比化学方程式计算每种原料所需的质量并精确称量，其中x＝0.15。接着将配好的原料放入混料机中使混合均匀，将混匀的样品压料成块置于坩埚中。接着将样品放置在马弗炉中进行煅烧，烧结温度为1200℃，烧结时间为10小时，即可得到烧结料。将得到的烧结料置于提拉炉内，升温，达到熔点以上60℃，将其完全融化，并且恒温8小时，然后将温度慢慢降至结晶点进行晶体生长，提拉速度为1.3mm/h，旋转速度为15rpm。当生长过程结束时，晶体被拉出熔体，并以12℃/h的退火速率冷却至室温，然后取出晶体Yb0.6CaLa3.4Si3O13。
采用此类晶体作为增益介质，利用中心发射波长在940～980纳米的激光器泵浦，可以实现1微米附近的高效可调谐和超短脉冲激光输出，在工业应用、科学研究及国防军事等领域有着重要的应用前景。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体，其特征在于：所述的激光晶体的化学式为Yb4xCaLa4(1-x)Si3O13，其中，x=0.01～0.30。
2.权利要求1所述的镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）选用Yb2O3、CaCO3、La2O3、SiO2为原料，将所述原料按下列化学方程式进行配料：
2xYb2O3+CaCO3+2(1-x)La2O3+3SiO2→Yb4xCaLa4(1-x)Si3O13+CO2↑；
2）将步骤1）中配好的原料混合均匀，压料成块，煅烧，得到烧结料；
3）采用提拉法进行晶体生长：
操作为：将步骤2）所得烧结料置于反应器内，升温至熔点以上将其完全融化，恒温处理，然后进行晶体生长；晶体生长结束后，冷却至室温，取出晶体，即获得目标产物。
3.根据权利要求2所述的镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体的制备方法，其特征在于：
所述的步骤2）中，煅烧的条件设置如下：烧结温度为1200～1400℃，烧结时间为2～24小时。
4.根据权利要求2所述的镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体的制备方法，其特征在于：
所述的步骤3）中，升温至熔点以上具体是指升温至熔点以上40～120℃；
所述的步骤3）中，恒温处理的时间为1～12小时；
所述的步骤3）中，晶体生长过程中，提拉速度为0.1～5.0 mm/h，旋转速度为3～50rpm；
所述的步骤3）中，冷却过程中，退火速率为6～20℃/h。
5.根据权利要求2所述的镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体的制备方法，其特征在于：
所述的步骤1）中，所有原料的纯度均达到99.999%。
6.权利要求1所述的镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体的应用，其特征在于：所述的激光晶体用于在1微米波段全固体锁模激光器中产生超快激光脉冲。
7.一种全固体锁模激光器，其特征在于：
采用权利要求1所述的镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体作为激光工作物质，采用激光二极管作为泵浦源。
8.根据权利要求7所述的全固体锁模激光器，其特征在于：
所述的泵浦源的中心发射波长在940～980纳米。
9.根据权利要求7所述的全固体锁模激光器，其特征在于：
所述的全固体锁模激光器的输出波长为1微米波段。
10.权利要求1所述的镱掺杂硅酸盐飞秒激光晶体或权利要求7-9任一项所述的全固体锁模激光器在工业、光谱学、生物化学、医疗、军事或国防领域中的应用。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1364738A (zh) * 2001-01-09 2002-08-21 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 稀土掺杂的硅酸盐玻璃及其制备方法
CN109428257A (zh) * 2017-09-01 2019-03-05 中国科学院福建物质结构研究所 一类铒离子掺杂的硅酸盐晶体及其1.5微米波段激光器件

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE756142A (fr) * 1969-09-22 1971-02-15 Westinghouse Electric Corp Nouveaux lasers
CN101319398A (zh) * 2008-06-30 2008-12-10 中国科学院上海硅酸盐研究所 大尺寸掺镱硅酸钪激光晶体及其制备方法
CN111575793A (zh) * 2020-05-29 2020-08-25 马鞍山市华宇环保设备制造有限公司 一种具有超宽发射光谱带宽的掺镱硅酸钆镧飞秒激光晶体

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1364738A (zh) * 2001-01-09 2002-08-21 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 稀土掺杂的硅酸盐玻璃及其制备方法
CN109428257A (zh) * 2017-09-01 2019-03-05 中国科学院福建物质结构研究所 一类铒离子掺杂的硅酸盐晶体及其1.5微米波段激光器件

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