掺钕硼酸二镧钡激光晶体及其制备方法和用途 【技术领域】
本发明涉及光电子功能材料技术领域中的人工晶体和晶体生长领域，尤其是涉及一种作为固态激光器中的工作物质的激光晶体材料。
背景技术
固体激光工作物质由基质材料和激活离子组成，其各种物理和化学性质主要由基质材料决定，而其光谱特性和荧光寿命等则由激活离子的能级结构决定。自1960年，研制成功人造红宝石脉冲激光器以来，迄今为止，已发现了数百种激光晶体，但因各种原因，能真正得到实际应用的激光晶体只有十来种。
目前，应用最广泛的激光晶体是掺钕离子的钇铝石榴石(YAG)晶体，其具有较好的各种物理和化学性能，且易于生长出高光学质量、大尺寸的优质晶体。但它存在着吸收谱线窄，不适宜于用LD来进行泵浦的缺点，而LD泵浦将是今后激光泵浦源的发展方向。
目前国内外都在积极寻找各种物理、化学性能和机械性能优异，且易于生长出高光学质量、大尺寸的优质激光晶体材料，而且该晶体要适合于LD泵浦。
Ba3La2(BO3)4化合物是双硼酸盐M3Ln(BO3)4(M＝Ca，Sr，Ba以及Ln＝La-Lu，Y)系列化合物的一种，最初由固相合成法而得到粉末，迄今尚未见到晶体生长及用于激光器件的报道。
【发明内容】
本发明的目的就在于研制一种新的激光晶体，能够直接使用闪光灯和LD泵浦的，具有较高转换效率的激光晶体材料。
本发明的Nd3+:Ba3La2(BO3)4晶体属于正交晶系，具有Pnma空间群结构。其中钕离子是作为掺杂离子，取代镧离子地晶格位置，钕的掺杂浓度在0.05at％～10at％之间，荧光寿命(τ)为105μs，其荧光寿命是钕离子浓度的函数，可根据不同的需要掺入不同浓度的钕离子。实验结果表明其可输出1063nm波长的激光，可作为激光晶体。
掺钕硼酸钇钡激光晶体是采用熔盐法生长出的，BaO-La2O3-B2O3-NaF体系中，其摩尔比为33∶5∶42∶(35.7-46.4)，Nd2O3的含量按所需比例取代La2O3决定，在1110-950℃温度区间内，以15转/分钟的晶体转速，1-3℃/天的降温速率，经过30至35天的生长周期，生长出高质量的Nd3+:Ba3La2(BO3)4晶体。生长温度及降温速率随着NaF的含量不同而有所差异，两个典型的配方和生长温度及降温速率见实施例。
将生长出的Nd3+:Ba3La2(BO3)4晶体，在四圆衍射仪上进行了衍射数据的收集，结构分析表明，其属于正交晶系，空间群为Pnma，晶胞参数为a＝7.731(2)，b＝17.043(1)，c＝9.019(3)，V＝1188.2(1)3，密度5.171g/cm3；采用油浸法测得其折射率为1.72。
将生长出的Nd3+:Ba3La2(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+:Ba3La2(BO3)4晶体的主吸收峰在806nm，其半峰宽为13nm，吸收跃迁截面为2.29×10-20cm2，在806nm处较大的半峰宽非常适合于采用AsGaAl半导体激光来进行泵浦，有利于激光晶体对泵浦光的吸收，提高泵浦效率。其在1063nm处的发射跃迁截面σem为7.96×10-20cm2，半峰宽(FWHM)为28nm，荧光寿命为105μs，因为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。因此，Nd3+:Ba3La2(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激光晶体。
本发明的Nd3+:Ba3La2(BO3)4晶体可用熔盐法生长出质量优良的晶体，晶体具有优良的光学特性，很容易用闪光灯泵浦和LD泵浦获得激光输出，激光输出波长为1063nm，该晶体可作为一种较好的激光晶体。
【具体实施方式】
实施例1：熔盐法生长掺杂浓度为3.0at.％Nd3+的Nd3+:Ba3La2(BO3)4激光晶体。
将含有52.86wt.％BaCO3(A.R.)，21.64wt.％H3BO3(A.R.)，12.49wt.％NaF(A.R.)，12.78wt.％La2O3(99.99％)，0.41wt.％Nd2O3(99.99％)(重量百分比)的混合物混合均匀，先将温度升至1030℃，恒温1天后降温至1002℃，放入籽晶，恒温半小时，然后降至1000℃，之后以1℃/天的速度降温，晶体转速为5-20转/分钟。经过30天的生长周期，可得到高质量的Nd3+含量为3.0at.％的Nd3+:Ba3La2(BO3)4晶体。
实施例2：熔盐法生长掺杂浓度为3.0at.％Nd3+的Nd3+:Ba3La2(BO3)4激光晶体。
从含有52.87wt.％BaCO3(A.R.)，21.71wt.％H3BO3(A.R.)，12.18wt.％NaF(A.R.)，12.83wt.％La2O3(99.99％)，0.42wt.％Nd2O3(99.99％)(重量百分比)的混合物混合均匀，先将温度升至1140℃，恒温1天后降温至1110℃，放入籽晶，恒温半小时，然后降至1108℃，之后以3℃/天的速率降温，转速为15转/分钟。经过35天的生长周期，可得到高质量的Nd3+含量为3.0at％的Nd3+:Ba3La2(BO3)4晶体。