稀土掺杂LiYF4晶体生长研究(2)
以三价稀土离子Nd3+替换 Y3+，并不存在电价不平衡的问题，掺杂以后仍然是白
钨矿结构。LiYF4掺杂镧系稀土离子的激光晶体可以实现从红外到紫外波长范围
内的激光振荡，是融点为 819℃的激光用晶体。掺杂以后化学分子式变成
LiY1-xNdxF4，但是由于两种离子的半径并不匹配，Nd 的离子半径为 0.112nm， Y
的离子半径为0.1015nm，所以导致掺杂以后晶体的内应力增大，晶体容易断裂，
增加了晶体生长的难度。另外，晶体 Nd：LiYF4能产生 1.047μm 和 1.053μm 的
激光，具有负折射率温度系数，其热导率比 YAG 小 1/2 左右，热透镜效应特别
低，也具有良好的热稳定性。该晶体可作为激光核聚变主振荡器的工作物质， 并
获得高质量的脉冲激光。 在掺杂稀土钕离子之后的氟化钇锂的物理性能和激光性
能都呈现各相异性，钕离子在晶体中荧光寿命长，使其有利储存能量。此外， 该
晶体的吸收带宽，荧光寿命长，使其成为LD 泵浦激光器的优良工作物质。图 1.3
为坩埚下降法生长出的掺杂钕的氟化钇锂晶体[10]
。近年来，掺杂铈离子的氟化钇锂晶体在紫外可调谐激光器方面的应用，也已
成为研究热点之一。无掺杂和 Ce 掺杂量为 0.1%、1%、2%、3%、5%、10%的
LiYF4单晶有新的组成， Li （Y1-XCex） F4 （x = 0、 0.001、 0.01） 和 Li1.1(Y1-XCex)0.9
F4（x= 0.02、0.03、0.05、0.1） ，可以通过μ-PD方法来进行晶体的生长[13]
。从原料开始，LiF、YF3和纯度超过 3N 的 CeF3粉末，均匀混合在一个玛瑙研钵中，
充分研磨后，装入碳坩埚并调节好生长参数进行生长。为了去除原材料表面的吸
附水，晶体的生长是在高纯度的 CF4和 Ar 的混合气氛中，整个过程需要混合气体是在高真空状态下(~ 10-4
Pa)。晶体的生长速度约为6mm/h，成功生长出的样本典型尺寸为7×2×1 mm3，对晶体进行切割，研磨抛光等加工以后，可以进行闪
烁性能的测试。图 1.4 所示，不同的 Ce 掺杂量生长出的 LiYF4晶体，并对其抛
光处理后进行性能测试。随着激光技术的发展，半导体激光波长逐渐向短波移动，640nm 等波段的
LD 激光器已逐渐走向成熟。Ho3+离子的 5I6→5I7跃迁也能发射较宽的 3μm 波段荧光。640nm 的泵浦光有利于 Ho3+的吸收，因此以 Ho3+为基础的中红外激光器
件有望得到较快的发展，而研究 Ho3+离子在各种基质中的光谱参数及 5
I6→5I7跃迁的特性极为重要。
激光基质材料对于激光输出以及最后的应用具有重要的作用。通常，激光晶
体由于热导率高、荧光谱线窄、硬度较大等优良的物理化学性质而成为全固体激
光器最基本的激光工作物质。LiYF4单晶体是一种优秀的激光基质材料，它具有
声子能量低、热导率大、光透过性高、色心形成量少、热透镜效应小、激光功率
阀值低等优点，是当前热门的激光活性基质。目前对 Ho3+掺杂的激光晶体的研究基本上集中在2.0μm（对应 Ho3+的 5
I7→5I8跃迁)方面，3μm 左右的中红外发光研究只有少量报道，而 Ho3+掺杂的 LiYF4晶体 3μm 左右中红外荧光的研究至今
尚鲜有报道。目前可以采用坩埚下降法生长出 Ho∶ LiYF4单晶体[17]，如所示，并对其进行测试。