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一种硼铝酸盐激光晶体及其制备方法和用途，涉及激光晶体材料领域。该类晶体的分子式为R4xM4(1－x)Al(BO3)5，属于正交晶系，空间群为Pnma。该类激光晶体物化性能稳定、在空气中不潮解、可用高温熔盐法生长或改进型提拉法生长、制备成本较低。

1.  一种硼铝酸盐激光晶体，其特征在于：该类晶体的分子式为R_4xM_4(1-x)Al(BO₃)₅，属于正交晶系，空间群为Pnma，x的值根据掺杂离子种类和激光运转需要在0到1之间变化，M为La、Gd、Y、Sc元素中某一元素或若干元素的组合；R为Ti、Cr、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm或Yb。

2.  如权利要求1所述的激光晶体，其特征在于：该晶体的分子式为Nd₄xLa_4(1-x)Al(BO₃)₅，x的值根据掺杂离子种类和激光运转需要在0到1之间变化，晶体的单胞参数为a＝5.871，b＝5.099，c＝8.239。

3.  如权利要求1所述的激光晶体，其特征在于：该晶体的分子式为yb³⁺:La₄Al(BO₃)₅。

4.  如权利要求1所述的激光晶体，其特征在于：该晶体的分子式为Er³⁺:La₄Al(BO₃)₅。

5.  如权利要求1所述的激光晶体，其特征在于：该晶体的分子式为Pr:La₄Al(BO₃)₅。

6.  如权利要求1至5任一所述的功能晶体，其特征在于：该激光晶体在掺杂某种过渡族或稀土离子R³⁺的同时掺杂其他的过渡族或稀土离子作为敏化剂。

7.  一种权利要求1至5任一激光晶体的生长制备方法，其特征在于：采用高温熔盐法生长。

8.  一种权利要求1至5任一的激光晶体的用途，其特征在于：作为固体激光器工作物质。

一种硼铝酸盐激光晶体及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及激光晶体领域，尤其是涉及可应用于固体激光的一类硼铝酸盐晶体及其生长制备。
背景技术
固体激光器具有器件紧凑、激光光束质量高、运行稳定可靠等优点。目前的固体激光器大多采用激光晶体作为其工作物质。激光晶体一般由基质晶体和激活离子(过渡族或稀土离子)两部分构成。基质晶体一方面是一个分散固定激活离子的“支架”，它使激活离子的相互作用不致太强，保证了激光发射所要求的线状光谱特性；另一方面它在激活离子光谱线的位移、分裂、加宽、能量转移以及激光发射不可少的辐射和无辐射过程中起着重要作用。目前，研究较多的硼酸盐激光基质晶体主要有YAl₃(BO₃)₄、GdAl₃(BO₃)₄、YCa₄O(BO₃)₃、GdCa₄O(BO₃)₃等。这类晶体的物化性能稳定，制备成本低廉，因而受到广泛的关注。
发明内容
本发明的激光晶体的分子式为R_4xM_4(1-x)Al(BO₃)₅，其中M为稀土或三价过渡金属元素，即为La、Gd、Y、Sc元素中某一元素或若干元素的组合，根据泵浦源、激光器构造及其应用需要，R³⁺离子可采用Ti³⁺、Cr³⁺、Ce³⁺、Pr³⁺、Nd³⁺、Sm³⁺、Eu³⁺、Tb³⁺、Dy³⁺、Ho³⁺、Er³⁺、Tm³⁺、Yb³⁺等离子作为激活离子，部分或全部替代晶体基质中的稀土或三价过镀金属M³⁺离子位置。一般情况下，激活离子的浓度即x的值可以根据掺杂离子种类和激光运转需要在0到1之间变化。该类激光晶体的分子式也可写成R_4x:M_4(1-x)Al(BO₃)₅。该类晶体属于正交晶系，空间群为Pnma。该晶体在空气中不潮解，具有良好的物理和化学性能。该类基质晶体除了镧系或过渡金属元素带来的特征谱线外，在250nm至3000nm波段透明。
本发明的激光晶体可采用高温溶液法生长，其技术难点在于选取合适的助熔剂，并在适当的温度和温场等条件下，获得大尺寸的R_4xM_4(1-x)Al(BO₃)₅晶体。
本发明的激光晶体在掺杂某利过渡族或稀土离子R₃₊的同时可掺杂其他的过渡族或稀土离子作为敏化剂，以提高激光运转效率。
本发明的R_4xM_4(1-x)Al(BO₃)₅类晶体具有良好的光学、机械和热导性能，较高的化学稳定性，而且便于生长，其三价阳离子的晶格位能接受较高浓度的过渡族或稀土离子掺杂。适量掺杂过渡族或稀土离子的该类晶体，能够作为固体激光器的工作介质，被闪光灯、半导体激光或其他光源泵浦而输出固体激光。
具体实施方式
实例1：称取0.77g的Nd₂O₃、14.12g的La₂O₃、1.56g的Al₂O₃、46.7g的H₃BO₃、63.2g的BaCO₃和g的14.6Na₂CO₃，将这六种原料一起置于玛瑙研钵中研磨混合均匀，用φ40×40mm³的铂坩埚多次熔化后，将装料的铂坩埚放置于晶体生长炉中，升温至1100℃，恒温48小时后降至1020℃，用不断下籽晶方法测试出准确的溶液饱和温度，之后在饱和温度以上20℃，将事先固定在籽晶杆上的籽晶缓慢地下降至液面以下，恒温半小时后降至饱和温度点。恒温生长一天后，以2℃/d的速率降温，并以15转/分的速率转动晶体。当降温量达50℃，停止晶转，提起晶体离开液面，结束生长，并以40℃/h的速率退火至室温，获得尺寸大于10×10×5mm³的优质透明单晶Nd³⁺:La₄Al(BO₃)₅。晶体属于正交晶系，空间群为Pnma，晶体的单胞参数为a＝5.871，b＝5.099，c＝8.239。
实例2：称取1.44g的Yb₂O₃、13.7g的La₂O₃、1.56g的Al₂O₃、46.44g的H₃BO₃、62.9g的BaCO₃和8.92g的NaF，将这六种原料一起置于玛瑙研钵中研磨混合均匀，用φ40×40mm³的铂坩埚多次熔化后，将装料的铂坩埚放置于晶体生长炉中，升温至1100℃，恒温24小时后降至1020℃，用不断下籽晶方法测试出准确的溶液的饱和温度，之后在饱和温度以上10℃，将事先固在籽晶杆上的籽晶缓慢地下降至液面以下，恒温半小时后降至饱和温度点。恒温生长三天后，以2℃/d的速率降温，并以15转/分的速率转动晶体。当降温量达50℃，停止晶转，提起晶体离开液面，结束生长，并以40℃/h的速率退火至室温，获得尺寸大于10×10×5mm³的优质透明单晶Yb³⁺:La₄Al(BO₃)₅。
实例3：称取3.05g的Er₂O₃、49.41g的La₂O₃、5.46g的Al2O3、102.23g的H3BO3、247.6g的BaCO₃和35.13g的NaF，将这六种原料一起置于玛瑙研钵中研磨混合均匀，用φ60×60mm3的坩埚多次熔化后，将坩埚放置于晶体生长炉中，升温至1150℃，恒温24小时后降至1010℃，用不断下籽晶方法测试出准确的溶液的饱和温度，之后在饱和温度以上10℃，将事先固在籽晶杆上的籽晶缓慢地下降至液面以下，恒温半小时后降至饱和温度点。恒温生长三天后，以1℃/d的速率降温，并以9转/分的速率转动晶体。当降温量达60℃，停止晶转，提起晶体离开液面，结束生长，并以40℃/h的速率退火至室温，获得尺寸大于20×20×10mm³的优质透明单晶Er³⁺:La₄Al(BO₃)₅。
实例4：称取0.47g的Pr₅O₁₁、14.41g的La₂O₃、1.56g的Al₂O₃、46.7g的H₃BO₃、63.2g的BaCO₃和14.6g的Na₂CO₃，将这六种原料一起置于玛瑙研钵中研磨混合均匀，用φ40×40mm³的铂坩埚多次熔化后，将装料的铂坩埚放置于晶体生长炉中，升温至1050℃，恒温24小时后降至1000℃，用不断下籽晶的方法测试出准确的溶液饱和温度，之后在饱和温度以上10℃，将事先固定在籽晶杆上的籽晶缓慢地下降至液面以下，恒温半小时后降至饱和温度点。恒温生长一天后，以3℃/d的速率降温，并以9转/分的速率转动晶体。当降温量达50℃，停止晶转，提起晶体离开液面，结束生长，并以40℃/h的速率退火至室温，获得尺寸大于10×10×5mm³的优质透明单晶Pr:La₄Al(BO₃)₅。该晶体在空气中不潮解。在250nm至3000nm波段透明。