自倍频蓝色激光晶体掺钕硼酸钆铝 自倍频蓝色激光晶体掺钕硼酸钆铝，属于光电子材料技术领域，特别是涉及作为固态激光器中的激光工作物质的自倍频激光晶体。
自倍频蓝色激光晶体掺钕硼酸钆铝，倍频是激光技术中经常用到的一种改变激光束输出波长的方法。它通常采用一块专门的非线性光学晶体，置于激光束前面来改变激光束输出波长。将激光振荡与倍频作用两种技术集中在同一块晶体上，获得自倍频激光，是科学家们长期以来追求的目标。
六十年代Johnson等人在掺Tm3+的LiNbO3同一块晶体上，实现了1853nm到927nm的自倍频激光输出，但转换效率只达到10-6数量级[L.F.Johnson andA.A.Ballman，J.Appl.Phys.，40(1969)297]。1989年罗遵度等人研究出高转换效率的Nd3+∶YAl3(BO3)4(简称NYAB)晶体，获得532nm的绿色自倍频激光[Luo Zundu(罗遵度)，Jiang Aidong(江爱栋)，Huang Yichuan(黄亦川)，Qiu Minwang(邱闽旺)，Chinese Phys.Lett.，6(1989)440]。但由于晶体自身缺陷引起的晶体质量问题，至今无实际应用。Nd3+∶GdAl3(BO3)4(简称NGAB)是一种非线性光学晶体材料，它属于三方晶系，具有R32空间群结构[A.A.Ballman，Am.Mineral，47(1962)1380]，其性质类似于NYAB，但晶体质量好于NYAB。掺钕的GdAl3(BO3)4晶体作为一种自倍频激光晶体材料，可获得1060→530nm的绿色自倍频激光输出，激光输出能量为1.55mJ[邱闽旺等，量子学报，17(2000)3，231～236]。另外，对Nd3+∶GdAl3(BO3)4晶体采用自混频技术，还获得了435-460nm波长的蓝光输出，但其输出能量只达到22μW，[D.Jaque，J.Capmany，F.MoleroM，Applied Physics Letters，73(1998)25：3659]因而没有实用价值。迄今为止，以NGAB为工作物质，采用自倍频技术来获得蓝色激光输出，尚无报道。
我们在研究过程中，通过光谱计算发现了Nd3+∶GdAl3(BO3)4晶体在880nm处的发射跃迁截面σem为0.86×10-19cm2，而Nd3+∶YAl3(BO3)4晶体在1060nm处的发射跃迁截面σem为1.0×10-19cm2，两者极为相近。因此，Nd3+∶GdAl3(BO3)4晶体有望作为一种新型的自倍频蓝色激光晶体材料，获得较大功率的440nm的蓝色激光输出，从而获得实际应用。
自倍频蓝色激光晶体掺钕硼酸钆铝，其发明地目的就在于研制一种高转换效率的采用闪光灯或LD泵浦的掺钕的新的自倍频蓝色激光晶体材料Nd3+∶GdAl3(BO3)4，从而获得自倍频蓝色激光。
由于GdAl3(BO3)4为非同成分熔化，在熔化前就分解为GdBO3和AlBO3，因此它必须采用助熔剂方法生长。我们经过实验找到了生长Nd3+∶GdAl3(BO3)4晶体的较理想的助熔剂组合：K2Mo3O10-LiF和K2Mo3O10∶B2O3，并生长出了高质量的Nd3+∶GdAl3(BO3)4晶体(见实施例1和2)。该晶体作为激光工作物质，采用闪光灯或激光二极管泵浦，用于产生435-460nm蓝色激光输出的激光器中。
具体的化学反应式如下：
所用的原料纯度及厂家如下： 药品名 纯度 厂家 Nd2O3 99.999％中科院长春应用化学研究所 Gd2O3 99.999％中科院长春应用化学研究所 Al2O3 99.99％上海五四化学试剂厂 H3BO3 99.99％中国医药集团上海化学试剂公司 K2CO3 99.99％汕头市光华化学厂 MoO3 99.99％中国医药集团上海化学试剂公司 LiF 99.95％广州化学试剂厂
助熔剂方法生长自倍频蓝色激光晶体掺钕硼酸钆铝，其主要生长条件如下：所用助熔剂为K2Mo3O10-B2O3或K2Mo3O10-LiF，其重量比为(70～95)∶(30～5)，浓度控制在15at～60at％之间；Nd3+离子掺杂浓度在1at％～20at％之间；生长温度在1100～850℃之间；降温速率为1～5℃/天；晶体转速为5～35rpm。
将生长出的Nd3+∶GdAl3(BO3)4晶体，进行吸收光谱、荧光光谱及荧光寿命等的分析测试，结果表明：Nd3+∶GdAl3(BO3)4晶体在810nm处的半峰宽(FWHM)为8.7nm，吸收跃迁截面为0.43×10-19cm2；其在880nm处的发射跃迁截面为0.86×10-19cm2，半峰宽(FWHM)为3nm，荧光寿命为54.3μS，跃迁截面和荧光寿命的乘积σ.τ为0.5×10-23cm2.s，与NYAB晶体的相近。因为较宽的吸收峰有利于激光晶体对泵浦光的吸收，提高泵浦效率。荧光寿命长的晶体能在上能级积累更多的粒子，增加了储能，有利于器件输出功率和输出能量的提高。Nd3+∶GdAl3(BO3)4晶体能得到较大的输出，是一种高转换效率、低成本、高光学质量和有实际应用前景及使用价值的自倍频蓝色激光晶体。
总之，NGAB晶体在非线性光学系数、双折射率、透光范围、光损伤阈值及物化性能等方面和NYAB晶体极其相似，而它在波长880nm处的发射跃迁截面相近于NYAB在1060nm处的发射跃迁截面，且它的晶体质量明显好于NYAB晶体。因此，NGAB有望和NYAB类似，成为一个好的自倍频激光晶体。产生出波长在440nm左右的蓝色激光，并得到实际应用。
自倍频蓝色激光晶体掺钕硼酸钆铝，实现本发明的优选方式如下：
实施例1：以K2Mo3O10-LiF为助熔剂生长Nd3+∶GdAl3(BO3)4自倍频蓝色激光晶体。
生长原料为GdAl3(BO3)4∶K2Mo3O10∶LiF＝20∶75∶5(重量比)，掺入10at％的Nd3+离子。采用熔盐顶部籽晶法，生长温度为1060→900℃之间，以2℃/天的降温速率，15rpm的晶体转速，生长出了尺寸为30×28×20mm3的高质量的Nd3+∶GdAl3(BO3)4晶体。
实施例2：以K2Mo3O10-B2O3为助熔剂生长Nd3+∶GdAl3(BO3)4自倍频蓝色激光晶体。
生长原料为GdAl3(BO3)4∶K2Mo3O10∶B2O3＝25∶70∶5(重量比)，掺入5at％的Nd3+离子。采用熔盐顶部籽晶法，生长温度为1100→920℃之间，以2℃/天的降温速率，10rpm的晶体转速，生长出了尺寸为30×25×17mm3的高质量的Nd3+∶GdAl3(BO3)4晶体。