非线性光学晶体Na3La9O3(BO3)8的高功率纳秒激光三倍频特性研究

本文对新型非线性光学晶体Na₃La₉O₃(BO₃)₈(NLBO)三倍频产生355 nm紫外纳秒激光的特性进行了研究。以重复频率10 kHz、脉冲宽度10 ns的高功率1 064 nm调Q激光器作为基频光源,采用I类相位匹配的LBO和NLBO晶体分别作为倍频晶体和三倍频晶体,获得平均输出功率152.5 mW的355 nm紫外纳秒激光输出,为目前采用NLBO晶体获得355 nm紫外激光的最高输出功率。本文还研究了NLBO晶体在实现三倍频最佳输出时晶体偏转角度随温度的变化规律,从实验角度对NLBO晶体在不同温度下的三倍频最佳相位匹配角度进行了修正。     

Aurivillius结构Bi2MoxW1-xO6铁电功能晶体的生长与性质表征

本文采用固相反应法探索了Aurivillius结构Bi₂Mo_xW_1-xO₆体系的合成条件以及能够形成固溶体的成分范围,探索了Bi₂Mo_xW_1-xO₆晶体的助熔剂法生长体系,并对晶体的结构、变温介电性质和电阻率进行了测定和分析。Bi₂Mo_xW_1-xO₆体系中Mo的占比x可以在0~1的范围内连续变化,采用固相反应法可以在500~870 ℃范围内的不同温度合成纯的Bi₂Mo_xW_1-xO₆铁电相。采用Li₂B₄O₇-Bi₂O₃(摩尔比2∶1)作为助熔剂生长得到了厘米级Bi₂WO₆单畴晶体,厚度不小于2 mm,最大尺寸则达到了约40 mm。在n(Bi₂O₃)∶n(MoO₃)∶n(WO₃)∶n(Li₂B₄O₇)=1∶1∶1∶1(摩尔比)体系中生长得到了厚度约1 mm的Bi₂Mo_0.15W_0.85O₆厘米量级单畴晶体,结构解析表明Bi₂Mo_0.15W_0.85O₆属于正交晶系,Aba2(No.41)空间群。变温介电性质测试表明,Bi₂Mo_0.15W_0.85O₆晶体的介电常数ε₃₃由Bi₂WO₆晶体的70提高到了102,介电弛豫现象发生的温度由Bi₂WO₆晶体的430 ℃降到了330 ℃附近。变温电阻率测试表明,Bi₂WO₆与Bi₂Mo_0.15W_0.85O₆晶体的电阻率均随温度升高而降低,在100 ℃以下,Bi₂WO₆的电阻率高于Bi₂Mo_0.15W_0.85O₆晶体,且随温度升高,二者电阻率的差距在逐渐缩小。     

A7MIIRE2(B5O10)3系列紫外非线性光学晶体的研究进展

稀土硼酸盐非线性光学(NLO)材料由于其在激光技术领域的重要应用而备受关注,这主要是因为三价稀土离子如Y³⁺、Sc³⁺、Lu³⁺等可以有效抑制d-d和f-f电子跃迁从而扩宽化合物的透过范围,同时稀土原子与氧原子结合成畸变的多面体可增强材料的非线性光学效应。A₇M^IIRE₂(B₅O₁₀)₃系列(RE为稀土金属,A为碱金属、M为二价金属)化合物是稀土硼酸盐中一类重要的材料,其A、M以及RE位点具备灵活的占据方式,近年来得到了广泛关注。通过化学元素取代法,研究者们对该类化合物的种类进行拓展,目前已经合成出数十种属于该体系的化合物。这些化合物的截止边大多处在紫外甚至是波长小于200 nm的深紫外波段,非线性光学效应为0.4~2.1倍KDP,在紫外以及深紫外波段非线性光学领域中展现出了应用潜力。本文对其研究现状进行了总结,分析了其微观结构与光学性能之间的关系,并指出不同位点组分对材料非线性光学性能的影响,以期对此类化合物今后的发展提供参考。     

激光浮区法生长TbYO3晶体

随着高功率固态激光器和光纤激光器的发展，对可见光-近红外区域的光学隔离器要求逐渐增加。目前设备原件正趋于小型化发展，工业应用最广泛的铽镓石榴石(TGG)晶体因其较小的Verdet常数，无法满足未来高功率激光器的需要。Tb₂O₃具有较高的Verdet常数，但是高熔点和相变机制使其难以通过常规提拉法进行单晶生长。本研究通过向Tb₂O₃中掺杂Y₂O₃,研究了不同掺杂浓度下(Tb_xY_1-x)₂O₃的晶体生长。在n(Tb)∶n(Y)=1∶1时，通过激光浮区(LFZ)法生长了TbYO₃单晶，而纯净的Tb₂O₃和(Tb_0.3Y_0.7)₂O₃单晶无法通过该方法合成。TbYO₃晶体具有较高的Verdet常数(445...     

ZrO2对Ho∶(Y0.7Sc0.3)2O3激光陶瓷致密化和光学性能的影响

2 μm 波段处于人眼安全波长,在医疗、加工、红外探测与对抗,以及大气环境监测等军、民两用领域有着重要潜在和实际应用。Ho³⁺掺杂倍半氧化物陶瓷具有宽的吸收和发射光谱、高热导率以及低声子能量等优点,是一类重要的 2 μm 波段激光材料。通过材料固溶原理,可以实现光谱更加宽化,这使其有可能成为一类性能优异的中红外固体激光材料。本文以商业Y₂O₃、Sc₂O₃以及Ho₂O₃粉体为原料,添加少量ZrO₂(原子比为0~1.0%)作为烧结助剂,采用真空预烧,结合热等静压烧结的工艺,成功制备出高透明的0.5%Ho∶(Y_0.7Sc_0.3)₂O₃陶瓷。研究了ZrO₂掺杂浓度(0~1.0％)对Ho∶(Y_0.7Sc_0.3)₂O₃激光陶瓷致密化过程和光学性能的影响。通过添加ZrO₂有效抑制了高温下Ho∶(Y_0.7Sc_0.3)₂O₃陶瓷晶粒的生长,掺杂1.0％ZrO₂的Ho∶(Y_0.7Sc_0.3)₂O₃陶瓷经1 690 ℃下真空预烧结4 h和1 600 ℃/190 MPa热等静压烧结3 h后,其透过率在1 100 nm处达到79.1％(厚度为4.4 mm),接近理论透过率。     

CLBO单晶生长及性能研究

CsLiB₆O₁₀(简称CLBO)是一种性能优良的紫外非线性光学晶体，特别适用于四倍频(266 nm)和五倍频(210 nm)的紫外大功率激光。本文采用顶部籽晶法成功生长出尺寸为120 mm×112 mm×62 mm的CLBO晶体，晶体外观完整，无开裂、散射等宏观缺陷。由该晶体切出五倍频CLBO晶体元件，对其进行了紫外-可见-近红外透过率、光学均匀性、弱吸收性能表征，结果显示，210～1 800 nm的平均透过率超过90%,光学均匀性为3.8×10^-5,1 064 nm弱吸收为90×10^-6 cm^-1,表明该晶体紫外区透过率良好，光学均匀性高，弱吸收低，为后续相关激光应用研究奠定了基础。     

Sr7Sb2O12∶Dy3+荧光粉的制备及其发光性能

采用高温固相法制备了一系列新型Sr_7-xSb₂O₁₂∶xDy³⁺(x=0~0.35)(摩尔分数)荧光粉,并研究了Sr_7-xSb₂O₁₂∶xDy³⁺的物相结构、发光性能、热稳定性以及荧光寿命。在350 nm光激发下,Sr_7-xSb₂O₁₂∶xDy³⁺可以检测到中心波长在482 nm处的蓝光发射带和中心波长在576 nm处的黄光发射带,当x=0.056时,Dy³⁺浓度猝灭,Sr_6.944Sb₂O₁₂∶0.056Dy³⁺ CIE色坐标为(0.340 8,0.349 3),猝灭机理归因于电偶极-电偶极相互作用。当x=0.14时,该荧光粉可以发出色坐标为(0.310 9,0.314 0)的白光。此外,Sr_7-xSb₂O₁₂∶xDy³⁺在453 K的发光强度大约为室温下发光强度的83.3%,表现出良好的热稳定性。综合以上研究结果表明,Sr_7-xSb₂O₁₂∶xDy³⁺有望用于紫外光激发的白光发光二极管器件中。     

两例相同混合配体构筑的Pb(Ⅱ)/Ag(I)配位聚合物及其荧光性质

多齿配体2-咪唑乙酸(Hima)、4,4'-连吡啶分别与金属盐Pb(NO₃)₂和AgNO₃反应,得到[Pb₂(4,4'-bipy)(ima)(NO₃)₃]_n(1, 3D framework)和[Ag₄(4, 4'-bipy)₃(ima)₂(NO₃)₂(H₂O)₂]_n(2, 3D framework)两个配位聚合物。根据配位聚合物的结构特点,研究了这两个配位聚合物荧光性质等物理化学性能。配位聚合物1在最大激发波长(λ_ex=346 nm)激发下,荧光的最大发射波长为552 nm,配位聚合物2在最大激发波长(λ_ex=369 nm)激发下,荧光的最大发射波长为444 nm。这可能是由于金属和配体之间发生了电荷转移(LMCT)。     

ε-(AlxGa1-x)2O3/ε-Ga2O3异质结电子输运性质研究

Ga₂O₃是一种新兴的宽带隙半导体,在电力和射频电子系统中具有潜在的应用前景。前期研究以β-Ga₂O₃为主,并且已经对β-(Al_xGa_1-x)₂O₃/Ga₂O₃异质结构中的二维电子气(2DEG)进行了理论计算,本文主要研究ε-(Al_xGa_1-x)₂O₃作为势垒层对ε-(Al_xGa_1-x)₂O₃/ε-Ga₂O₃异质结电子输运性质的影响,首先介绍了ε-(Al_xGa_1-x)₂O₃/ε-Ga₂O₃异质结的结构和性质,分析计算了由于ε-(Al_xGa_1-x)₂O₃/ε-Ga₂O₃异质结的自发极化和压电极化所产生的极化面电荷密度,以及极化对2DEG浓度产生的影响,接着分析了在不同Al摩尔组分下,ε-(Al_xGa_1-x)₂O₃势垒层厚度与合金无序散射、界面粗糙度散射和极性光学声子散射之间的关系。最后通过计算得出结论:界面粗糙度散射和极性光学声子散射对ε-(Al_xGa_1-x)₂O₃/ε-Ga₂O₃异质结的电子输运性质有重要影响,合金无序散射对异质结的输运性质影响较小;2DEG浓度、合金无序散射、界面粗糙度散射和极性光学声子散射的电子迁移率强弱由ε-(Al_xGa_1-x)₂O₃势垒层的厚度和Al摩尔组分共同决定。     

不同直径Cr:Al2O3圆柱晶体的制备及其光学性能研究

采用光学浮区法制备了不同Cr³⁺掺杂浓度的Cr∶Al₂O₃晶体，并根据需要制备了不同直径(2 mm至13 mm)的长度大于100 mm的圆柱状Cr∶Al₂O₃晶体。测量了在制备Cr∶Al₂O₃晶体不同阶段所获得的粉末料棒、陶瓷料棒和晶体的密度，分别为0.928、2.230和4.051 g/cm³。XRD图谱显示，Cr∶Al₂O₃晶体为α-Al₂O₃相。透射光谱表明，Cr∶Al₂O₃晶体可见光非特征吸收波段透过率大于80%。吸收光谱和光致激发光谱(监测669 nm光)均显示，Cr∶Al₂O₃晶体在418及559 nm处有较强吸收带，分别对应Cr³⁺从⁴A₂至⁴     

含平面共轭构型的非线性光学晶体

紫外非线性光学晶体是组成紫外固态激光器的关键材料。目前,紫外非线性光学晶体主要依赖硼酸盐晶体,但已有的硼酸盐晶体并不能完全满足应用需求,而进一步研发新型硼酸盐非线性光学晶体难度不断增大,因此开拓新的材料体系显得尤为迫切。从硼酸盐结构与非线性光学效应关系可知,含有平面共轭基团的硼酸盐具有大的倍频系数、合适的双折射率和短的紫外截止边等特性,因此平面共轭基团是硼酸盐非线性光学晶体的核心功能基元。基于几何构型拓展平面共轭基团研究是探索新体系紫外非线性光学晶体材料的重要思路和关键环节。基于此,本团队提出以具有平面三角共轭结构的碳酸盐、硝酸盐、胍盐和具有平面六元环共轭结构的氰尿酸氢盐、巴比妥酸氢盐等化合物为研究对象,拓展紫外非线性光学晶体材料的探索范围。本文将主要介绍本团队近年来在碳酸盐、硝酸盐、胍盐、氰尿酸氢盐、巴比妥酸氢盐紫外晶体探索方面取得的研究成果。     

高温扩散工艺制备带隙可调的β-(AlxGa1-x)2O3薄膜

β-(Al_xGa_1-x)₂O₃因其优异的抗击穿及带隙可调节性在现代功率器件及深紫外光电探测等领域展现出巨大的应用前景，然而传统直接生长工艺的复杂性和难度限制了其进一步的发展。因此，本文采用较为简单的高温扩散工艺在c面蓝宝石衬底上成功制备了β-(Al_xGa_1-x)₂O₃纳米薄膜。利用X射线衍射、原子力显微镜、扫描电子显微镜和紫外-可见分光光度计对其进行了表征。由于高温下蓝宝石衬底中的Al原子向Ga₂O₃层扩散，β-Ga₂O₃薄膜将转变为Al、Ga原子比例不同的β-(Al_xGa_1-x)₂O₃薄膜。实验结果显示：当退火温度从1 010℃增加到1 250℃时，薄膜中Al的平均含量从0.033增加到0.371;当退火温度从950℃增加到1 250℃时...     

Li(Na,K)Ba(Sr,Ca)B9O15∶Eu3+荧光粉的制备及发光性能

采用高温固相法在空气气氛下合成了一系列Eu³⁺掺杂硼酸盐基质荧光粉。用X射线衍射、荧光光谱以及色坐标等手段对荧光粉的晶相和发光性能进行表征。通过LiBaB₉O₁₅中的碱金属以及碱土金属之间的相互取代,研究了基质组成的改变对荧光粉发光性能的影响。结果表明,在Li(Na,K)Ba(Sr,Ca)B₉O₁₅∶0.07Eu³⁺系列荧光粉中,LiSrB₉O₁₅∶0.07Eu³⁺荧光粉的发光强度最强。考察了煅烧温度、保温时间和Eu³⁺掺杂量对LiSrB₉O₁₅∶Eu³⁺荧光粉晶相和发光性能的影响,煅烧温度为750 ℃,保温时间为1~5 h时,样品的结晶性均良好。Eu³⁺掺杂量为0.52时,LiSrB₉O₁₅∶Eu³⁺荧光粉的发光强度最强。当x≥0.42(x=0.42,0.47,0.52,0.57)时,LiSrB₉O₁₅∶xEu³⁺色坐标均接近标准红光(0.67,0.33)。比较了LiSrB₉O₁₅∶xEu³⁺(x=0.02~0.57)荧光粉的611 nm(⁵D₀→⁷F₂)和586 nm(⁵D₀→⁷F₁)处发射峰相对强度比值R,R值变化不大,说明多数Eu³⁺在晶格中处于非反演对称中心的格位;比较了LiSrB₉O₁₅∶0.52Eu³⁺荧光粉和商用Y₂O₃∶Eu³⁺荧光粉的发光特性,在260 nm波长激发下,LiSrB₉O₁₅∶0.52Eu³⁺荧光粉的发光强度弱于Y₂O₃∶Eu³⁺荧光粉;在362 nm和394 nm波长激发下,LiSrB₉O₁₅∶0.52Eu³⁺荧光粉的发光强度强于Y₂O₃∶Eu³⁺荧光粉。     

Sm∶YAG/Sm∶Y3ScAl4O12单晶光纤的生长及光谱性能

采用微下拉法成功生长出Sm∶YAG和Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂单晶光纤。XRD结果表明晶体为立方晶系,晶胞参数分别为a=1.199 3 nm和a=1.200 0 nm。测试了室温下单晶光纤的拉曼光谱、吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命。Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂最大声子能量为766 cm^-1。Sm∶YAG和Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂ 在可见波段的最强吸收位于405 nm附近,非常适合InGaN/GaN二极管泵浦。404 nm激发下,最强发射带位于618 nm处, 对应于Sm³⁺的⁴G_5/2→ ⁶H_7/2能级跃迁, 测得Sm∶YAG和Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂上能级⁴G_5/2的荧光寿命分别为1.86 ms和1.83 ms。实验结果表明Sm∶YAG和Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂单晶光纤是有潜力的红橙光波段激光增益介质。     

Growth twins in self-frequency doubling laser crystal YbxY1−xAl3(BO3)4

Using chemical etching.method, the growth twins in self-frequency doubling laser crystal Yb_xY_1−xAl₃(BO₃₄ have been observed. The etching pits on both sides of growth twin boundaries in the (10 1) slice are of the triangles with different orientations. The structure of growth twins is investigated by transmission synchrotron topography. In the transmission synchrotron topograph, the growth twins are visible not by ‘domain contrast’ but by ‘boundary contrast’, i.e. the twins appear in the topograph in form of X-ray kinematical diffraction contrast due to the lattice strain stemming from the impurity incorporation in the boundaries. The growth twins in Yb_xY_1−xAl₃(BO₃)₄ crystal are of inversion types, since no domain contrast was observed.     

B NMR investigations in xV2O5–B2O3 and xV2O5–B2O3–PbO glasses

11B (I=3/2) MAS NMR in the binary glass system xV₂O₅–B₂O₃ (x=0.053, 0.43) and the ternary glass system xV₂O₅–B₂O₃–PbO (0.1x1.5) has been investigated at room temperature. In the xV₂O₅–B₂O₃ glasses, one NMR line due to BO₃ unit was observed. Meanwhile in the xV₂O₅–B₂O₃–PbO, two NMR lines which arise from BO₃ and BO₄ units were detected, where the appearance of BO₄ units is produced by the presence of PbO. From the computer-simulation of the ¹¹B NMR central transition line (m=−1/2↔1/2), the quadrupole parameters (e²qQ/h and η) for BO₃ units in xV₂O₅–B₂O₃, and those for BO₃ and BO₄ units in xV₂O₅–B₂O₃–PbO were obtained as a function of x. As the V₂O₅ content increases in xV₂O₅–B₂O₃–PbO, the e²qQ/h and η values of the BO₃⁻ associated resonance are found to slightly decrease and increase, respectively. Meanwhile, the e²qQ/h and η values of BO₄⁻ associated resonance in xV₂O₅–B₂O₃–PbO are found to slightly increase and decrease, respectively. By comparing the intensities of the total transitions (m=−3/2↔−1/2,m=−1/2↔1/2, and 1/2↔3/2) for the ¹¹B NMR line of BO₃ and BO₄ units contained in xV₂O₅–B₂O₃–PbO with those of respective standard samples of 0.053V₂O₅–B₂O₃ and NaBH₄, the quantitative fractions of BO₃ and BO₄ in xV₂O₅–B₂O₃–PbO were obtained as a function of x.