Co2+: MgAl2O4晶体-钴尖晶石

Co:spinel晶体又称钴尖晶石，化学式为Co2+: MgAl2O4，，是一种具有特殊光学性质的晶体材料。它主要基于尖晶石（MgAl₂O₄）的结构，其中部分镁离子（Mg²⁺）被钴离子（Co²⁺）所取代，从而赋予其独特的光学特性。钴尖晶石因其对特定波长（特别是在1.5μm附近）的光具有强吸收能力，而被广泛应用于固态激光器的Q开关中。此外，钴尖晶石还因其独特的蓝色和可能的变色特性而受到宝石行业的关注。

主要优点：

光谱特性优越：在2~1.6μm范围内，尤其是1.54μm处，Co:spinel晶体显示出良好的光谱吸收特性，这使得它特别适用于人眼安全的Er:glass激光器。钴尖晶石在1520nm附近的吸收截面为5×10-19 cm2，在1331nm处为2.8×10-19 cm2，这些特性使得其成为制造高功率、高峰值激光脉冲的理想材料。

应用广泛：由于其优越的光谱特性，钴尖晶石被广泛应用于需要高功率、高峰值激光脉冲的领域，如遥测、环境传感、电信和医疗外科等。钴尖晶石不仅适用于Er:glass激光器，还在34μm和1.44μm波段的激光器中得到了验证，进一步拓宽了其应用范围。

稳定性高：钴尖晶石是一种坚硬的、稳定的晶体材料，可以在恶劣的工作环境下保持其性能稳定。钴粒子取代镁离子时无需额外的电荷补偿，这增强了其结构稳定性。

易于定制：钴尖晶石可以根据客户要求进行定制，如定制不同尺寸和镀膜服务等，这极大地满足了不同应用的需求。

激发态吸收低：在3μm附近，钴尖晶石具有特别高的激发态吸收截面，这使得闪光灯和激光泵浦的Er玻璃激光无需腔内聚焦。激发态吸收的降低可以产生高对比度的Q开关，初始与饱和吸收的信号比高于10。

应用领域：

激光技术领域：被动调Q开关：钴尖晶石是一种非常有效的被动调Q开关材料，适用于1.2～1.6μm激光发射，特别适应于1.54μm人眼安全的Er玻璃激光器。它可以在不使用电光Q开关的情况下产生高功率激光脉冲，有效减小器件尺寸，并避免高电压功率的使用。波长适应性：钴尖晶石也已在波长1.44μm和1.34μm的激光器上得到验证，证明其在多个波长下均有良好的应用效果。性能优势：钴尖晶石具有较高的吸收截面，使得Er:玻璃激光器（闪光灯和二极管激光泵浦）的Q开关无需腔内聚焦。其可忽略的激发态吸收可以产生高对比的Q开关，初始与饱和吸收的信号比高于10。

光电子器件领域：光电子器件制造：钴尖晶石因其优异的光学性能，可用于制造多种光电子器件，如调制器、滤波器等。激光频率转换：钴尖晶石可用于激光频率的加倍和调制，为激光技术的应用提供重要支持。

材料科学领域：复合材料和增强材料：钴尖晶石因其硬度和耐热性能较好，可用于制造纤维增强塑料和高温结构复合材料，提高材料的整体性能。

其他领域：传感器：钴尖晶石的导电性能和化学稳定性良好，可作为传感器中的电极、氧化物、电解质等材料，提高传感器的灵敏度和响应速度。宝石行业：钴尖晶石以其独特的蓝色和高火彩在宝石市场上备受青睐，尤其是变色钴尖晶石因其独特的变色效应而备受追捧。

基本参数：

参数	数值/描述
化学式	Co2+:MgAl2O4
晶体结构	立方体
晶格常数	8.07Å
密度	3.62 g/cm³
熔点	2105°C
折射率	n=1.6948 @1.54 µm
导热性	0.033 W/(m·K) @25°C
比热容	1.046 J/(g·K)
热膨胀系数	5.9 × 10^-6/°C @25°C
莫氏硬度	8.2
消光比	25 dB
晶格取向	[100] 或 [111] < ±0.5°
光学密度	0.1-0.9
损伤阈值	>500 MW/cm²
Co2+掺杂浓度	0.01-0.3 atm%
光谱范围	1.2-1.6 µm
主要特性	适用于1540nm对人眼安全的激光器；吸收截面大；激发态吸收可忽略；光学质量高；钴离子分布均匀
应用领域	1540nm人眼安全铒玻璃激光器；1440nm激光器；1340nm激光器；人眼安全激光测距仪