铥掺杂氟化铅晶体及其制备方法

摘要

一种铥掺杂的氟化铅晶体，该晶体分子式为TmxPbF2+3x，其中x为Tm3+的掺杂浓度，x＝0.1～10mol％。该晶体采用熔体法生长，包括下列步骤：①选定x的取值，在晶体生长的初始原料为TmF3和PbF2，根据分子式TmxPbF2+3x按化学计量比称量原料，其中x＝0.1～10mol％；②按上述比例称取的原料充分混合均匀，真空烘干并压制成块，放入石墨坩埚或铂金坩埚中，采用PbF2晶体作为籽晶，生长气氛为氩气或者CF4气体。该晶体具有长荧光寿命10ms、较大的吸收和发射截面，固晶体有望在全固态激光二极管泵浦的2μm波段激光器中应用。

权利要求

3+

1.一种铥掺杂氟化铅晶体，其特征在于该晶体的分子式为：TmxPbF2+3x，其中x为Tm 的掺杂浓度，x＝0.1～10mol％。

2.权利要求1所述的铥掺杂氟化铅晶体的制备方法，其特征在于该方法包括下列步骤：①选定x的取值，初始原料为TmF3和PbF2，根据分子式TmxPbF2+3x按化学计量比称量原料；

②将按上述比例称取的原料充分混合均匀，烘干并压制成块，放入石墨坩埚或铂金坩埚中，采用PbF2晶体作为籽晶，生长气氛为氩气或者CF4气体，采用熔体法生长晶体。

3.根据权利要求2所述的铥掺杂氟化铅晶体的制备方法，其特征在于所述的熔体法为温梯法或坩埚下降法。

说明书

铥掺杂氟化铅晶体及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及激光晶体，尤其是一种铥掺杂氟化铅晶体及其制备方法。

背景技术

[0002] 由于在大气传输和对人眼安全的特性，2μm波段激光被认为是用于医疗和人眼安全探测系统的理想光源，包括医用手术、激光测距、激光差分仪、相干多普勒测风雷达等。自上个世纪60年代，人们就已经开始研究2μm波段的发光材料及激光器，并就如何提高2μm波段激光器的发光效率及输出功率开展了深入的研究。尤其是20世纪70年代，大功率半导体激光器问世以后，基于激光二极管作为泵浦源，获得高效、高输出、小型化的2μm波段激光器的研究越来越被人们重视。

[0003] 铥离子具有与商用二极管匹配良好的吸收峰以及交叉弛豫量子效率接近于2的特性，掺铥固体激光器一直是近年来2μm波段激光器研究的重点方向之一。氟化铅晶体为3
立方结构，密度7.78g/cm，透光波段为0.25～12.5μm，熔点为830℃。在激光泵浦过程中，由于晶格振动的影响，能级跃迁能量不能完全匹配，需要借助声子辅助，因这一过程起作用的是系统内能量较低的声子能量。对于高能量的氧化物体系，如果能量失配不能通过吸收或发射一定数量的声子进行补偿，辐射跃迁的几率将会降低，从而使泵浦效率减小。立方结构的氟化铅晶体具有极低的声子能量，这极大的减少了无辐射跃迁的几率，提高了光学跃迁的量子效率和延长了上能级的寿命，从而有利于储能，减少泵浦二级管的抽运峰值功率及数量，从而降低单位能量的输出成本。但是铥掺杂的氟化铅晶体的生长尚未见报导。

发明内容

[0004] 本发明目的在于提供一种铥掺杂的氟化铅晶体及其制备方法，该晶体有望在全固态激光二极管(LD)泵浦的2μm波段激光器中应用。

[0005] 本发明的技术解决方案如下：

[0006] 一种铥掺杂的氟化铅晶体，该晶体分子式为TmxPbF2+3x，其中x为Tm3+的掺杂浓度，x＝0.1～10mol％。

[0007] 所述的铥掺杂氟化铅晶体的生长方法，该方法包括下列步骤：

[0008] ①选定x的取值，在晶体生长的初始原料为TmF3和PbF2，根据分子式TmxPbF2+3x按化学计量比称量原料，其中x＝0.1～10mol％；

[0009] ②按上述比例称取的原料充分混合均匀，真空烘干并压制成块，放入石墨坩埚或铂金坩埚中，采用PbF2晶体作为籽晶，生长气氛为氩气或者CF4等气体，采用熔体法生长。

[0010] 所述晶体的熔体法为温梯法或坩埚下降法。

[0011] 本发明的技术效果：

[0012] 实验和计算表明本发明生长的晶体具有长荧光寿命10ms、较大的吸收和发射截面。

附图说明

[0013] 图1是本发明Tm0.02PbF2.06晶体室温下吸收光谱

[0014] 图2是本发明Tm0.02PbF2.06晶体室温下荧光光谱

具体实施方式

[0015] 实施例1：温梯法生长Tm0.01PbF2.03晶体

[0016] 将高纯原料TmF3和PbF2按分子式Tm0.01PbF2.03的摩尔比为进行配料充分混合均匀，在150℃脱水14小时，装料容器为聚四氟乙烯。取出后压制成块，放入石墨坩埚中，生长气氛为氩气，坩埚顶部加盖，温度以50℃/小时升至920℃保温10小时后，以4℃/小时的降温生长晶体，生长结束后以20℃/小时的降温速率冷却到室温。

[0017] 实施例2：温梯法生长Tm0.05PbF2.15晶体

[0018] 本实施例将高纯原料TmF3和PbF2按分子式Tm0.05PbF2.15进行配比，原料在120℃脱水16小时后放入石墨坩埚中，坩埚底部放置PbF2晶体作为籽晶，生长气氛为CF4保护气体，坩埚顶部加盖，温度以40℃/小时升至940℃恒温8小时后，以3℃/小时的降温生长晶体，生长结束后以30℃/小时的降温速率冷却到室温。

[0019] 实施例3：温梯法生长Tm0.1PbF2.3晶体

[0020] 本实施例将高纯原料TmF3和PbF2按分子式Tm0.1PbF2.3进行配比，，原料在120℃脱水12小时后放入石墨坩埚中，坩埚底部放置PbF2晶体作为籽晶，生长气氛为氩气，坩埚顶部加盖，温度以45℃/小时升至960℃恒温8小时后，以4℃/小时的降温生长晶体，生长结束后以20℃/小时的降温速率冷却到室温。

[0021] 实施例4：坩埚下降法生长Tm0.01PbF2.03晶体

[0022] 本实施例将高纯原料TmF3和PbF2按分子式Tm0.01PbF2.03进行配比，将高纯原料TmF3和PbF2按分子式的摩尔比为进行配料充分混合均匀，在烘干箱内经150℃15小时脱水，然后均匀压制成块。使用直径为30mm，长为150mm的尖底铂金坩埚中，脱氧剂为聚四氟乙烯。熔料温度960℃，恒温4小时。晶体生长温度梯度设置30℃/cm，以1mm/小时速度下降坩埚，生长结束后以20℃/小时的降温速率冷却到室温。晶体取出后加工成10×10×1mm3的样品进行光谱测试，吸收光谱如图1所示，荧光光谱如图2所示，通过J-O理论计算得出该晶体具有较大的吸收和发射截面，同时还发现该晶体具有长的荧光寿命10ms。固晶体有望在全固态激光二极管泵浦的2μm波段激光器中应用。

[0023] 实施例5：坩埚下降法生长Tm0.02PbF2.06晶体

[0024] 本实施例将高纯原料TmF3和PbF2按分子式Tm0.02PbF2.06进行配比，，原料在烘干箱内经120℃16小时脱水，然后均匀压制成块。放入尺寸为35×35×210mm的平底铂金坩埚中，坩埚底部放置PbF2晶体作为籽晶，脱氧剂为橡胶。熔料温度940℃，恒温5小时。晶体生长温度梯度设置35℃/cm，以1.5mm/小时速度下降坩埚，生长结束后以30℃/小时的降温速率冷却到室温。

[0025] 实施例6：坩埚下降法生长Tm0.1PbF2.3晶体

[0026] 本实施例将高纯原料TmF3和PbF2按分子式Tm0.1PbF2.3进行配比，原料在烘干箱内经120℃18小时脱水，然后均匀压制成块。使用直径为40，长为180的尖底铂金坩埚中，坩埚底部放置PbF2晶体作为籽晶，脱氧剂为聚四氟乙烯。熔料温度920℃，恒温6小时。晶体生长温度梯度设置40℃/cm，以0.8mm/小时速度下降坩埚，生长结束后以30℃/小时的降温速率到300℃后自然降至室温。

[0027] 上述实施例的光谱具有与实施例4的类似的结果。