Yb：YAG晶体的生长缺陷及位错走向

用同步辐射透射白光形貌和应力双折射法研究了沿（111）方向生长的Yb:YAG晶体的生长缺陷、晶体中的位错起源和走向。Yb:YAG晶体中的生长缺陷主要有：生长条纹、核心和位错等。晶体中的位错主要起源于籽晶、杂质粒子以及生长初期的晶种和固液界面处位错成核。位错的走向垂直于生长界面,符合能量最低原理。采用凸界面生长工艺可以有效的消除晶体中的位错。     

提拉法生长直径8inch Yb∶YAG激光晶体

设计制造了适于生长直径8 inch Yb∶YAG激光晶体的生长系统和热场,采用感应加热提拉法成功生长出了直径8英寸Yb∶YAG激光晶体,晶体等径部分最小直径202 mm,等径长超过215 mm,总重63.7 kg,晶体外形完整,内部无气泡、包裹物、开裂等宏观缺陷,5 mW绿光激光照射下,未见散射颗粒.     

掺Yb3+钇铝石榴石晶体的生长和性能研究

用提拉法生长出φ40×190mm3的掺Yb3+钇铝石榴石(Yb∶YAG)晶体,摸索出了合适的温场系统、生长工艺和热处理条件.通过测量Yb∶YAG晶体在939nm处的透过率得出了其吸收系数与原始掺杂浓度之间的关系.所生长Yb∶YAG晶体的光-光转换效率为38.6;,斜率效率达55.1;.     

0.5at;Yb∶YAG晶体光谱与激光性能研究

采用提拉法生长yb3+掺杂浓度为0.5at;高质量的Yb∶Y3 Al5O12(Yb∶YAG)晶体.对晶体的结晶质量、分凝系数和光谱和激光性能进行了表征.结果表明:所生长的晶体结晶质量较好,在空气中退火后晶体吸收系数略有增加,晶体中自吸收效应的影响很小,具有宽的发射带.Yb∶YAG晶体和Yb∶YAG/YAG复合晶体分别在抽运功率为7.1W和6.15W的LD抽运下,获得2.19W和1.354 W的连续激光输出,斜率效率分别为34.58;和25.9;.     

温梯法生长大尺寸Yb∶YAG晶体

应用温梯法生长出直径为76mm的Yb∶YAG晶体.运用ICP-AES测定了Yb3+离子在Yb∶YAG晶体中的分凝系数约为1.1.室温下,测定了晶体在190～1200nm之间的吸收光谱,发现了吸收峰中未知的色心吸收,色心的形成机制有待于进一步研究.     

Yb3+在YAG中的哈密顿参数计算

由吸收和发射光谱确定了提拉法生长的(29.52at;) Yb∶ YAG晶体的Yb3+能级,由叠加模型拟合了它的旋轨耦合参数、内禀晶体场参数Bk(k=2,4,6),然后以Bk得到的晶体场参数作为初始参数拟合了Yb3+的晶场能级,从而获得了它的晶体场参数Bqk,拟合误差为2 cm-1.所得的哈密顿参数可用于计算Yb∶ YAG的波函数,以进一步分析它的发光或激光微观机理.     

提拉法与温梯法Yb:YAG晶体性能的比较

采用提拉法和温梯法生长出掺杂浓度为5;原子分数的Yb∶YAG激光晶体,比较了两种不同生长方式的晶体在晶胞参数、Yb离子纵向分布以及吸收光谱上的差异,发现温梯法生长对晶体晶胞结构影响较少,但是Yb离子纵向分布相差较大.指出提拉法生长的晶体在256nm处的弱吸收是由于Fe3+引起的.     

Yb: Lu_3Al_5O_(12)晶体的生长及缺陷研究

采用提拉法生长Yb~(3+)掺杂浓度为10 at;的Yb: Lu_3Al_5O_(12)(Yb: LuAG)晶体.对晶体的结晶质量、晶胞参数、分凝系数等进行了表征.采用化学腐蚀的方法,利用光学显微镜和扫描电镜相结合研究了晶体中的缺陷.结果表明晶体具有较好的结晶质量,Yb~(3+)的掺入不会改变LuAG的晶体结构.观察到Yb: LuAG晶体(111)面上呈三角锥形的位错蚀坑和由小面引起的晶体应力双折射现象,并提出了减少缺陷,提高晶体质量的方法.     

水平定向结晶法生长大尺寸板状蓝宝石缺陷研究

采用水平定向结晶法(HDS)成功生长出了质量优异的板状蓝宝石晶体.利用光学显微镜,扫描电镜(SEM),并结合化学腐蚀法对生长出的蓝宝石晶体不同位置的样品进行宏观缺陷及微观位错形貌的观测和研究,分析了水平定向结晶法生长蓝宝石晶体的宏观缺陷类型和位错的形貌,探讨了该缺陷在晶体中的分布规律及其形成原因.实验结果发现晶体的宏观缺陷主要包括气泡和包裹体.并结合能谱(EDS)测试包裹体的成分,分析其形成的原因.结果表明块状或絮状的小尺寸包裹体主要是由于C,Si杂质聚集原料中的其它杂质形成;长条形或圆形的大尺寸包裹体是由于Al,O元素的化学计量比严重适配,造成固液界面局部组分过冷形成.结合化学腐蚀法,发现该晶体的位错形貌均为三角型腐蚀坑,并探讨了晶体中位错的形态.     

提拉法与温梯法Yb∶YAG晶体性能的比较

采用提拉法和温梯法生长出掺杂浓度为 5 %原子分数的Yb∶YAG激光晶体 ,比较了两种不同生长方式的晶体在晶胞参数、Yb离子纵向分布以及吸收光谱上的差异 ,发现温梯法生长对晶体晶胞结构影响较少 ,但是Yb离子纵向分布相差较大。指出提拉法生长的晶体在 2 5 6nm处的弱吸收是由于Fe3 + 引起的。     

PVT法生长SiC过程生长界面形状对热应力的影响

PVT法生长SiC过程中晶体内部的热应力是其位错产生的主要原因,而生长界面的形状对晶体热应力及缺陷的产生都有一定影响.本文对不同生长界面晶体的温场及应力场进行了数值分析,结果显示相对于凸出及平整界面的晶体,微凹界面晶体的轴向温差最小,同时产生缺陷的切应力Τrz及引起开裂的径向正应力σrr值都为最小.     

温梯法Ce:YAG闪烁晶体的宏观缺陷观察

采用温度梯度法(TGT)成功生长了直径为76mm高光学质量的Ce:YAG高温闪烁晶体,采用偏光显微镜研究了Ce:YAG闪烁晶体中的主要宏观缺陷,观察到了生长条纹、侧心、气泡、包裹物以及应力双折射等宏观缺陷.实验结果表明,晶体中的气泡、包裹物以及应力双折射等宏观缺陷主要集中在晶体边缘部分,因此温梯法可以获得高质量的Ce:YAG闪烁晶体.     

大尺寸Nd,Ce∶YAG激光晶体的生长及缺陷研究

双掺Nd,Ce∶YAG晶体相比传统的Nd∶YAG具有输出能量高、激光振荡阈值低的优点。近几年高能效固体激光器的发展对大尺寸、高质量Nd,Ce∶YAG晶体的需求越来越大。采用提拉法生长大尺寸Nd,Ce∶YAG时,极易出现包裹物和开裂缺陷。本文通过理论与实践相结合的方式分析了晶体在生长过程中产生缺陷的原因,并提出了解决办法,成功生长出直径ø50 mm等径长150 mm的高质量Nd,Ce∶YAG单晶。本研究可为批量化生长大尺寸Nd,Ce∶YAG晶体的质量改进提供方向和指导。     

不同Yb掺质浓度的Yb:Y3Al5O12晶体激光性能的比较

采用提拉法生长了Yb3+掺质浓度为5;原子分数、 50;原子分数和100;原子分数的Yb:Y3Al5O12(Yb: YAG)晶体,系统地分析了不同Yb3+掺质浓度晶体的吸收光谱和荧光光谱.从吸收峰和吸收系数可以看出采用940nm LD泵浦三种不同浓度的Yb:YAG晶体都比较合适.随着Yb3+离子掺质浓度的增高,晶体中出现的自吸收现象越为明显.通过对三种不同Yb掺质浓度晶体激光性能参数的计算,得出高掺质浓度Yb:YAG和YbAG晶体是有前景的激光增益介质.     

Sm∶YAG晶体生长与吸收光谱研究

采用提拉法生长了掺杂3.0at;,5.0at;和10.0at;浓度的Sin∶ YAG晶体.采用ICP-AES方法初步测试了Sm离子在晶体中的浓度,并根据测试结果计算了Sm离子在晶体中的分凝系数,探讨了生长高掺杂浓度晶体的生长条件,测试了其在可见光及近红外光波段的吸收光谱.结果表明,Sin∶ YAG晶体在80 ～900 nm处几乎完全透明,在Nd∶ YAG晶体的发射波段,可有效吸收1064 nm的近红外光,且随着掺杂浓度的增加,其吸收效果越强.这表明Sin∶ YAG晶体对于高功率Nd∶ YAG激光器工作过程中产生的放大自发辐射现象引起的寄生振荡具有较好的抑制作用.     

Yb:YAG闪烁晶体的UV发光特性

通过对不同掺杂浓度Yb:YAG晶体的透过光谱、激发光谱、发射光谱和衰减时间的测量,研究了Yb:YAG晶体的UV发光特性和发光机制.Yb:YAG晶体在紫外波段具有宽的激发带和发射带.最强的发射峰位于320～350nm波长范围,此即为Yb:YAG晶体的闪烁发光峰;次强的发射峰位于500nm附近.Yb:YAG晶体的UV发光衰减时间小于50ns.Yb:YAG晶体的UV发光行为是电子从Yb3+离子的4f壳层向配体O2-的满壳层的分子轨道迁移的结果,属于电荷迁移(CT)发光.     

红宝石晶体光学浮区法生长及其缺陷研究

采用光学浮区法生长了φ7 mm×70 mm的红宝石晶体.晶体的生长界面为凸界面,生长方向为<001>方向.X射线双晶摇摆曲线表明晶体具有良好的质量.研究了生长温度、旋转速率、生长速率对晶体质量的影响,确定了合理的工艺条件.通过扫描电镜、能量散射光谱仪、X射线衍射、化学腐蚀结合偏光显微镜对红宝石晶体中气泡、位错、胞状组织和溶质尾迹等缺陷进行了分析.     

Si4+共掺杂Yb∶YAG单晶生长和光谱特性研究

利用提拉法生长了Si⁴⁺共掺杂Yb∶YAG单晶,该晶体属于立方晶系,O_h¹⁰-Ia3d空间群。掺杂的Si⁴⁺没有改变YAG的晶体结构,但是影响了发光离子的价态。吸收光谱表明Si⁴⁺的引入使得Yb²⁺含量增多,这是由于Si⁴⁺引入了过量的电荷,为满足电价平衡,Yb³⁺转换为Yb²⁺。Yb²⁺的出现降低了Yb∶YAG的发光强度。稳态X射线激发发射光谱结果表明Si⁴⁺共掺杂Yb∶YAG晶体的发光强度是Yb∶YAG的63%,γ射线激发下的光产额降至原来的40%。此外,由于原料中含有多种Yb的同位素,Yb∶YAG除了可以被X射线、γ射线激发出荧光外,还可以与中子发生核反应产生带电粒子,进而引起次级反应产生荧光。荧光的产生仍然由Yb³⁺决定,因此,Si⁴⁺掺入也降低了中子探测灵敏度。     

高质量Yb3+∶CS-FAP激光晶体的生长

本文进行了Yb3+∶FAP与Yb3+∶YAG的对比分析,指出了在激光核聚变领域中Yb3+∶FAP是很有希望的增益介质,针对Yb3+∶FAP吸收光谱宽度很小(4nm)对泵浦源要求苛刻,采用Yb3+∶CS-FAP即以部分Sr2+代替Ca2+造成Yb3+周围环境多样性增加、增加谱宽.参考分析了Ca3(PO4)2-CaF2体系的相图,推测出生长CS-FAP晶体的配料区间,给出了生长晶体的原料制备方法,采用氮气流动、白宝石片封闭保温罩的观察孔和观察窗上贴石英片相结合有效地缓解了在晶体生长过程中组分挥发、开裂、以及氟化物腐蚀窗口等一系列问题.生长工艺参数为:提拉速度1～3mm/h,旋转速度10～20r/min,在流量为20ml/min的流动N2中生长,采用尺寸为60×40mm的Ir坩埚进行生长,线圈尺寸为内径130mm×130mm×8圈,外径155mm×95mm×6圈.得到了尺寸为10mm×20mm的高质量晶体.用X射线粉末衍射分析证明所生长的晶体结构正确.     

温梯法白宝石晶体的缺陷研究

采用导向温梯法(TGT)生长出[0001]方向直径为76mm的白宝石晶体.利用扫描电子显微镜(SEM)观察晶体(0001)面的腐蚀坑形态,并对晶体内部的包裹物进行了能谱(EDS)分析.白宝石晶体中的生长缺陷主要为位错和包裹体等.Al2O3晶体(0001)面的位错腐蚀坑呈六角形,并且有台阶状结构.分析了(0001)面内的位错类型.确定了TGT法生长的白宝石内部的包裹物的主要成分为碳.