本发明涉及激光材料，尤其是涉及一种钬镨共掺钪酸钇中红外波段激光晶体及其制备和应用。

背景技术：

1、随着时代的信息化进程，人们对特殊波段的激光需求越来越多。这一情况促使相关领域的研究重点向新波段高性能激光器转变。其中，近中红外波段激光由于在生活中的宽广的应用领域得到了广泛的关注。红外光谱通常被分为三个区域：近红外区(0.75～2.5μm)、中红外区(2.5～25μm)和远红外区(25～300μm)。由于应用需求的差别，不同的领域对红外波长的范围有不同定义。在激光领域中，一般将近中红外的波长范围定为2-5μm。近中红外波段激光在医疗、军事、通信探测等方面有着重要的应用。

2、ho3+离子在中红外激光输出主要在～2μm、～2.9μm和～3.9μm对应的能级跃迁分别是5i7→5i8、5i6→5i7和5i5→5i6。ho3+离子～2.9μm波段的激光目前研究较少，主要集中于低声子能量的氟化物和zblan中，ho3+离子～2.9μm波段存在很多优势，波长可以覆盖2840～3002nm，而且已经在氟化物中证明可以发出激光，同时上能级5i6寿命长(几百μs～10ms)、发射截面大(可达10-20cm-2量级)、荧光带宽(大于100nm)，但是，还存在因能级丰富引起的激发态吸收(esa)、交叉弛豫(cr)等影响发光，所以需要选择晶体场强度较弱、声子能量较低的基质材料，同时～2.9μm波段的下能级寿命较长，远大于上能级的寿命，不利于实现粒子数反转而影响激光的输出，因此需要去激活离子来降低下能级粒子数，帮助实现下能级粒子的快速抽运，实现～2.9μm波段激光的高效输出。

3、pr3+离子的能级相对于其他离子能级结构比较复杂，从紫外波段到中红外波段各个波段都有跃迁发光，目前pr3+离子仅在声子能量较低的卤化物基质材料中实现中红外激光输出。由于受到泵浦源和基质材料的限制，pr3+离子中红外激光研究较少且输出功率低。因为pr3+离子的3f2能级和ho3+离子的5i7能级有着很好的匹配，所以对于ho3+在～2.9μm波段的发光，pr3+离子是最有效的去激活离子。

4、通过640nm波长的ld泵浦pr3+离子和ho3+离子共掺的激光增益介质，去激活离子pr3+离子的加入降低了下能级5i7的寿命，实现粒子数反转，从而更容易获得～2.9μm波段激光输出。相同浓度ho3+离子情况下，改变pr3+离子浓度，可以获得较高的输出功率和较高的斜率效率。

5、基于此，如何结合ho3+离子和pr3+离子高效实现中红外波段激光输出的亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种钬镨共掺钪酸钇中红外波段激光晶体及其制备和应用，本发明发现ysco3晶体在外延过程中具有机械和化学稳定性，而且晶格参数范围可调，因此非常适合用作衬底晶体，声子能量相对较低，为400cm-1，有利于减少多声子弛豫引起的非辐射跃迁，有利于ho3+的～2.9μm发光，同时ysco3晶体中掺入过渡金属和稀土离子的时候，发射待会表现出不均匀的展宽，有利于超快激光的工作。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明第一方面提供了一种钬镨共掺钪酸钇中红外波段激光晶体，所述晶体的化学式为hoxpryy1-0.5(x+y)sc1-0.5(x+y)o3，x为0.005～0.015，y为0.001。

4、进一步的，所述晶体的x-射线粉末衍射的衍射角为2θ时，特征衍射峰为：20°±0.2°、30°±0.2°、35°±0.2°、41°±0.2°、45°±0.2°、50°±0.2°、60°±0.2°、62°±0.2°，所述x-射线粉末衍射中使用的靶型为cu靶；

5、其中，所述晶体空间群为pnma，立方晶系。

6、本发明第二方面提供了一种如上述的钬镨共掺钪酸钇中红外波段激光晶体的制备方法，包括以下步骤：

7、将ho2o3，pr6o11，y2o3，sc2o3多晶粉末研磨混合后，压结，烧结，接着利用导模法生长晶体，得到钬镨共掺钪酸钇中红外波段激光晶体。

8、进一步的，所述ho2o3，pr6o11，y2o3，sc2o3多晶粉末的用量按照化学式hoxpryy1-0.5(x+y)sc1-0.5(x+y)o3进行称取，x为0.005～0.015，y为0.001；

9、其中，所述ho2o3多晶粉末的纯度为5～10n；

10、其中，所述pr6o11多晶粉末的纯度为5～10n；

11、其中，所述y2o3多晶粉末的纯度为5～10n；

12、其中，所述sc2o3多晶粉末的纯度为5～10n；

13、其中，所述研磨在研钵中进行，所述研钵为玛瑙研钵；

14、其中，所述研磨所用时间为60～200min。

15、进一步的，所述压结的压力为1～5mpa。

16、进一步的，所述烧结在马弗炉或管式炉中进行；

17、其中，所述烧结的温度为1200～2000℃；

18、其中，所述烧结的时间至少大于24h；

19、其中，所述烧结的时间为24～100h。

20、进一步的，所述导模法在导模炉中进行，在导模炉中，惰性气体升温并使烧结得到的固相物融化以生长晶体，所述惰性气体为氮气或氩气。

21、更进一步的，所述导模法的具体条件为：升温速率为200～600℃/h，升温至2000～2500℃。

22、进一步的，所述导模法在导模炉中进行，所述导模炉抽真空至真空度至少小于8pa后再进行生长晶体。

23、本发明第三方面提供了一种如上述的钬镨共掺钪酸钇中红外波段激光晶体在制备中红外波段激光器中的应用。

24、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

25、本发明的晶体材料能实现高效2.9微米附近中红外波段激光输出，中红外波段激光在医疗、军事、通信探测等方面有着重要的应用，覆盖了大气通讯窗口区，适用于大气通讯，基于这些优良的特性和脉冲激光，在科学界、工业界和军事界广泛的应用。

技术特征：1.一种钬镨共掺钪酸钇中红外波段激光晶体，其特征在于，所述晶体的化学式为hoxpryy1-0.5(x+y)sc1-0.5(x+y)o3，x为0.005～0.015，y为0.001。

2.根据权利要求1所述的一种钬镨共掺钪酸钇中红外波段激光晶体，其特征在于，所述晶体的x-射线粉末衍射的衍射角为2θ时，特征衍射峰为：20°±0.2°、30°±0.2°、35°±0.2°、41°±0.2°、45°±0.2°、50°±0.2°、60°±0.2°、62°±0.2°，所述x-射线粉末衍射中使用的靶型为cu靶；

3.一种如权利要求1所述的钬镨共掺钪酸钇中红外波段激光晶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种钬镨共掺钪酸钇中红外波段激光晶体的制备方法，其特征在于，所述ho2o3，pr6o11，y2o3，sc2o3多晶粉末的用量按照化学式hoxpryy1-0.5(x+y)sc1-0.5(x+y)o3进行称取，x为0.005～0.015，y为0.001；

5.根据权利要求3所述的一种钬镨共掺钪酸钇中红外波段激光晶体的制备方法，其特征在于，所述压结的压力为1～5mpa。

6.根据权利要求3所述的一种钬镨共掺钪酸钇中红外波段激光晶体的制备方法，其特征在于，所述烧结在马弗炉或管式炉中进行；

7.根据权利要求3所述的一种钬镨共掺钪酸钇中红外波段激光晶体的制备方法，其特征在于，所述导模法在导模炉中进行，在导模炉中，惰性气体升温并使烧结得到的固相物融化以生长晶体，所述惰性气体为氮气或氩气。

8.根据权利要求7所述的一种钬镨共掺钪酸钇中红外波段激光晶体的制备方法，其特征在于，所述导模法的具体条件为：升温速率为200～600℃/h，升温至2000～2500℃。

9.根据权利要求3所述的一种钬镨共掺钪酸钇中红外波段激光晶体的制备方法，其特征在于，所述导模法在导模炉中进行，所述导模炉抽真空至真空度至少小于8pa后再进行生长晶体。

10.一种如权利要求1所述的钬镨共掺钪酸钇中红外波段激光晶体在制备中红外波段激光器中的应用。

技术总结本发明涉及一种钬镨共掺钪酸钇中红外波段激光晶体及其制备和应用，所述晶体的化学式为Ho