铬、钕双掺钆镓石榴石(Cr~(4+),Nd~(3+))∶Gd_3Ga_5O_(12)激光晶体光学性能的研究

用提拉法生长了掺铬、钕的钆镓石榴石(Cr4+,Nd3+∶GGG)自调Q激光晶体。报道了室温下的吸收光谱和荧光光谱特性。分析了Cr离子浓度对光谱性质的影响。比较了Cr4+∶GGG,Nd3+∶GGG和(Cr4+,Nd3+)∶GGG晶体吸收光谱的关系。测量了(Cr4+,Nd3+)∶GGG晶体和Nd3+∶GGG晶体的荧光寿命,它们分别是33μs和250μs。实验表明,(Cr4+,Nd3+)∶GGG晶体是一种非常有潜力的自调Q激光晶体,可以实现大功率激光器的小型化和全固态化。     

掺钕钆镓石榴石激光晶体光谱分析

掺钕钆镓石榴石(Nd3+: Gd3 Ga5 O12,简称Nd : GGG)激光晶体是固体热容激光器的首选工作物质.采用提拉法生长了Nd:GGG晶体,测试了晶体的吸收及荧光光谱,并利用J-O理论计算了晶体的吸收及发射截面、强度参数、辐射跃迁概率、荧光分支比、荧光寿命等光谱参数.吸收光谱测试及计算结果发现,Nd:GGG晶体的最强吸收峰位于808 nm附近,主峰808 nm的吸收截面积σabs=4.35×10-20cm2,吸收线宽FWHM为8 nm,并且吸收峰强度随掺杂离子浓度的增加而增加.荧光光谱测试及计算结果表明,晶体的最强荧光发射峰位于1 062 nm附近,是Nd3+的4F3/2-4I11/2能级跃迁产生的荧光发射.主发射峰1 062 nm辐射跃迁概率AJJ'=1 832.01 s-1,荧光分支比βJJ=45.07%,荧光寿命τ=250 μs,受激发射截面σ(λ)=21.58×10-20cm2,较大的荧光分支比和受激发射截面易实现4F3/2-4I11/2通道的激光运转.     

大尺寸掺钛铝酸铍(Ti~(3+):BeAl_2O_4)激光晶体的提拉法生长

应用提拉法技术,采用BeO:Al2O3:Ti2O3摩尔比=100:99.85:0.15的化学组分配比,以及选用合适的固液界面温度梯度与生长速度等优化工艺条件,成功地生长出了T3+离子掺杂、无气泡、无云层和核心、尺寸≈Ф60mm×85mm的粉红色Ti3+:BeAl2O4大尺寸晶体。测定了Ti3+:BeAl2O4晶体的激发与荧光光谱。沿着晶体生长方向,晶体的颜色变深。在激发光谱中观测到了502 nm与567nm的激发峰,在发射光谱中观察到了发光中心为710nm的宽带荧光。两激发峰与Ti3+离子的2T2→2E能级跃迁有关,710nm的荧光峰是由振动能级2E→2T2产生的。从不同部位晶体的吸收强度和颜色变化可得到Ti3+离子在BeAl2O4晶体中的有效分凝系数小于1。     

Zn,Cr∶LiNbO3单晶的坩埚下降法生长及其荧光光谱

通过选择合适的化学原料（Li2O∶48.6mol%, Nb2O5∶51.4mol%）、控制生长速度（<3 mm/h）及固液界面的温度梯度（20~40℃/cm）与温场，用坩埚下降法成功地生长出了Zn、Cr双掺杂初始浓度分别为3 mol%、0.1 mol%,以及6 mol%、0.1 mol%的大尺寸铌酸锂晶体.生长的晶体无宏观缺陷,在He-Ne激光的照射下，无散射中心.测定了晶体的宽带荧光光谱（700~1200nm）及R带（710~740nm）的精细变温光谱.这些R带的光谱线由Cr离子所取代的Li(Cr3+Li)与Nb(Cr3+Nb)的发光中心以及声子辅助吸收所致.     

掺镱钼酸锶激光晶体的光谱研究

通过晶体的吸收光谱和荧光光谱研究了Yb3+:SrMoO4激光晶体的光谱性能.由吸收光谱得到晶体在976 nm有最强吸收,该处的吸收截面为1.71×10-20cm2,吸收半峰宽为71 nm.由荧光光谱得到晶体的发射峰在1 021 nm,发射谱带半峰宽为44 nm.由倒易法计算了晶体的发射截面,计算得出晶体在1 021 nm处的发射截面为1.24×10-20cm2.通过拟合荧光寿命衰减曲线得到Yb3+:SrMoO4晶体的荧光寿命为878μs.由光谱数据计算了Yb3+:SrMoO4晶体的激光参数,计算得到饱和泵浦功率密度为4.35 kW/cm2,在激光输出波长处净透过所需要激发粒子的最小分数为10.08%,最小泵浦功率密度为O.44 kW/cm2.Yb3+:SrMoO4晶体具有较大的吸收和发射半峰宽,较长的荧光寿命和较低的激光阈值,可成为一种潜在的LD泵浦激光材料,可能应用于飞秒激光及可调谐激光领域.     

Ho3+:LiYF4晶体的中红外发光特性

用坩埚下降法制备了Ho3+离子掺杂的LiYF4单晶。测定了Ho3+:LiYF4晶体的偏振吸收光谱。应用Judd-Ofelt理论分别计算了Ho3+:LiYF4晶体中Ho3+离子的有效强度参数Ω2,4,6、能级跃迁振子强度fexp和fcal、自发辐射跃迁几率A、荧光分支比β、辐射寿命τrad等光谱参数。测定了样品在640 nm光激发下的红外发射光谱,观测到由Ho3+离子的5I6→5I7跃迁所致的2.8～3μm中红外发光,以及在1.2μm(5I6→5I8)和2.0μm(5I7→5I8)处较强的荧光。Ho3+:LiYF4单晶样品的吸收峰线宽较宽,计算得到1.2μm和2.0μm的峰值发射截面分别达到0.20×10-20cm2和0.51×10-20cm2,同时测定了1 191 nm(5I6→5I8)和2 059 nm(5I7→5I8)发射的荧光寿命。研究结果表明:Ho3+:LiYF4晶体在2.0～3μm波段的中红外激光器中有较大的应用前景。     

2.9μmTm,Ho∶LuAG激光晶体的生长与光谱性能研究

采用提拉法成功生长出了高光学质量的Tm,Ho∶LuAG(Lu3Al5O12)激光晶体,对其光谱性能进行了研究。测量了晶体320~3000nm范围内的吸收光谱,在784nm附近有较宽的吸收带,半峰全宽约为12nm。用784nm半导体激光器(LD)作激发源,测量了晶体2800~3000nm范围内的稳态荧光光谱,并用光参量振荡(OPO)脉冲激光激发,测量了晶体的瞬态荧光光谱,对数据曲线进行指数衰减拟合,获得了晶体2.9μm附近波长激光上下能级5I6和5I7的寿命,分别为51μs和7.5ms。与Tm,Ho∶YAG(Y3Al5O12)晶体的光谱参数进行了比较,结果表明,Tm,Ho∶LuAG是一种相对容易获得2.911μm中红外激光输出的激光晶体。     

自受激拉曼晶体Nd3+:SrMoO4的光谱性质研究

通过拉曼散射光谱,吸收光谱,荧光发射寿命和808 nm LD激发下的红外荧光光谱的实验测量,系统研究了Nd3+:SrMoO4晶体的自受激拉曼光谱性质.分析指认了拉曼散射光谱中各拉曼峰所对应的晶格振动模式,得出了其SRS活性最强的声子频率约为898 cm-1,对应于(MoO24-)离子团的完全对称光学伸缩振动Ag模;通过J-O理论对晶体的吸收谱进行了全面的光谱参数计算,得出4F3/2→I11/2跃迁的积分发射截面达O.57×10-18cm2,自发辐射概率为141.06s-1;同时,实验测得该跃迁的荧光发射寿命约为O.2 ms.最后,结合808 nm LD激发下的红外波段荧光光谱,论证了SrMoO4晶体中Nd3+离子1068 nm发射通过拉曼频移获得1180 nm一级斯托克斯激光发射的可能性,为Nd3+:SrMoO4晶体的自受激拉曼激光器研究提供了理论依据.     

Nd∶NaR(WO_4)_2晶体生长(R=Bi,Y)

采用提拉法生长出了掺钕钨酸铋钠[Nd∶NaBi(WO4)2,简称Nd∶NBW]和掺钕钨酸钇钠[Nd∶NaY(WO4)2,简称Nd∶NYW]晶体,并给出了制备无开裂优质Nd∶NBW和Nd∶NYW晶体的最佳生长工艺参数。从XRD分析得到Nd∶NBW和Nd∶NYW晶体的晶胞参数,并分析了晶体的拉曼光谱,认为二者结构基本相同,为四方晶系、白钨矿结构、I41/a空间群。由吸收光谱可以看出,Nd∶NBW在802nm有较强的吸收峰,Nd∶NYW在804nm、752nm、586nm附近有较强、较宽的吸收峰,二者均适合于LD泵浦;计算了晶体中Nd3+的吸收截面积。     

高折射率Nd,La共掺杂氧化钇透明陶瓷的光谱性质及其Judd-Ofelt理论分析

采用液相法和真空烧结技术制备了2.0%Nd,3.0%La共掺杂Y2O3透明陶瓷样品.样品晶粒均匀,大小在22μm左右,在晶粒和晶界处都未见气孔.元素线扫描结果表明,Nd离子和La离子均匀地分布于陶瓷晶粒和晶界处.并测试了样品的吸收光谱和荧光光谱.样品在主吸收峰821nm处的吸收截面为4.3×10-24m2,主荧光发射峰位于1078nm处,实测荧光寿命为0.287ms.采用Judd-Ofelt理论计算了Nd3+在掺La氧化钇陶瓷晶体场中的强度参数Ωλ(λ=2,4,6),自发辐射概率、辐射寿命、荧光分支比等光谱参数.通过F-L公式计算得到2.0%Nd,3.0%La共掺杂Y2O3透明陶瓷中Nd3+的4F3/2→4I11/2跃迁对应的受激发射截面大小为2.0×10-24m2.结果表明,La离子的掺入可以调节氧化钇透明陶瓷的晶体场,有助于制备符合实际需求的固体激光器材料.     

掺Er^3＋离子Sr3Y2（BO3）4晶体光谱性能的研究

研究了提拉法生长的掺Er^3＋的Sr3Y2（BO3）4晶体的吸收光谱和荧光光谱。应用J—O理论分析并计算了光谱参数,得到唯象参数Ω2、Ω4和Ω6分别为11．90×10^-20cm^2、3．44×10^-20cm^2和1．92×10^-20cm^2。在Er^3＋：Sr3Y2（BO3）4晶体中,Er^3＋在1533nm波长的发射截面为1．00×10^-20cm^2,^4I13／2→^I15／2能级跃迁的荧光寿命和辐射寿命分别为0．58ms和4．10ms,良好的光谱性能表明Er^3＋：Sr3Y2（BO3）4晶体可能成为潜在的1．55μm波段的一种激光材料。     

Yb:YCOB晶体制备及其光谱与激光二极管抽运激光特性

研究了Ｙｂ：ＹＣＡ４Ｏ（ＢＯ３）（简称Ｙｂ：ＹＣＯＢ）的多晶制备和单晶生长,成功地合成了光学质量优良、掺Ｙｂ原子数分数为２０％的Ｙｂ：ＹＣＯＢ单晶。测量了该晶体的吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命。并进行了激光二极管（ＬＤ）为抽运源的激光实验。实现了Ｙｂ：ＹＣＯＢ晶体１０ｍＷ的红外激光输出。观测并记录到自倍频二次谐波。     

高浓度掺Er3+铌酸锂晶体的光谱参数计算

用提拉法成功地生长了6mol%的高浓度掺铒铌酸锂晶体。测量了晶体的两个非偏振方向(X和Z)以及两个偏振方向(π和δ)的吸收光谱。高浓度掺铒铌酸锂晶体的吸收系数高,有利于提高泵浦效率。根据所测的吸收光谱用Judd-Ofelt理论拟合出了Er3 离子的强度参数Ωλ。所得的均方差结果显示偏振拟合的误差要小于非偏振拟合。利用偏振吸收数据计算了各能级跃迁的自发辐射跃迁几率(AJJ′)、辐射寿命(τ)、荧光分支比(β)和积分发射截面(σp)等参数,对计算结果进行了讨论并与其他文献的报道结果进行了比较。     

Tm3+掺杂CdWO4单晶的发光特性

用坩埚下降法生长获得了尺寸为φ25 mm×90 mm、Tm₂O₃初始掺杂摩尔分数为0.5%的CdWO₄单晶。晶体的颜色由上部血红色逐渐加深至下部的黑褐色。对不同部位的晶体薄片进行800 ℃的氧化处理,测定了处理前后不同部位的吸收光谱和FTIR红外光谱。经氧气退火处理后,由于氧空位缺陷减少,晶体的颜色明显变淡。在吸收光谱中观测到421,684,805 nm的吸收带。其中421 nm的吸收峰随退火温度的升高而逐步减弱,经800 ℃处理后基本消失。在808 nm激光二极管激发下,观察到中心波长为1.5 μm和1.8 μm的荧光发射,分别对应于Tm³⁺的³H₄→³F₄,³F₄→³H₆的能级跃迁。     

掺杂的Bi4Ge3O12晶体的近红外发光性能

生长了Mg、Ca离子掺杂(提拉法)和Cl离子掺杂(坩埚下降法)的Bi₄Ge₃O₁₂(BGO)晶体,测试了晶体样品的吸收谱、光致发光谱和发光衰减时间等。这些掺杂的BGO晶体的可见光发光比纯BGO有所减弱,但在808 nm和980 nm激光二极管(LD)激发下出现了纯BGO几乎没有的近红外发光,归因于改变了能级的Bi离子或可能出现的低价态Bi离子。掺杂对近红外发光的影响跟掺杂离子价态有关,同价态的掺杂离子对近红外发光的影响相差不大。     

Polarized spectral analysis of Er3+ ions in biaxial Bi2(MoO4)3 crystal

An Er³⁺:Bi₂(MoO₄)₃ single crystal has been grown by the Czochralski technique. The Stark sublevels of the ⁴I_15/2 and ⁴I_13/2 multiplets of Er³⁺ ions in the crystal were determined. The polarized absorption spectra, polarized fluorescence spectra, and fluorescence decay curve of the crystal were measured at room temperature and the relevant spectroscopic parameters, including the Judd–Ofelt intensity parameters, spontaneous emission probability, fluorescence branching ratio, radiative lifetime, and stimulated emission cross section, were estimated. The effect of re-absorption on the spectroscopic parameters was discussed. When the crystal was excited at 977 nm, up-conversion green fluorescence was observed and discussed.     

掺钕镉铝硅酸盐玻璃的Judd-Ofelt理论分析与光谱特性

以掺杂光子晶体光纤为介质的光纤激光器一直受到科研工作者的广泛关注,应用于光子晶体光纤纤芯的掺稀土元素玻璃的制备成为研制掺杂光子晶体光纤的关键问题。利用高温熔融工艺制备钕离子掺杂的40SiO_2-14Al_2O_3-(40-x)CdO-2Li2O-2K2O-2Na_2O-xNd_2O_3(x=0.07,0.14,0.21,0.35,0.42,0.56mol)重金属硅酸盐玻璃系统,测试了其吸收光谱和荧光光谱。采用Judd-Ofelt理论,计算了玻璃样品的强度参数Ωt(t=2,4,6)以及钕离子的自发辐射概率、荧光分支比、荧光辐射寿命等参数。利用测得的荧光光谱计算了钕离子能级跃迁4 F3/2→4 I11/2的受激发射截面及荧光有效线宽。结果表明:当掺Nd_2O_3的摩尔分数为0.42时,制备的镉铝重金属硅酸盐玻璃具有较大的受激发射截面和比较宽的荧光有效线宽,且与相关文献中的钕离子掺杂玻璃相比,具有良好的激光性能和增益性能,有望在研制掺杂光子晶体光纤中得到应用。     

Nd~(3+)/Yb~(3+)掺杂YNbO_4粉末上转换发光特性

采用高温固相法,以50Nb_2O_5-40Y2O_3-2Nd2O_3-8Yb_2O_3的量比在1 300℃下制备Nd~(3+)/Yb~(3+)掺杂YNbO_4粉末样品。运用Judd-Ofelt理论研究样品光谱特性。由吸收谱中各吸收峰面积计算得到谱线强度参数Ωλ(λ=2,4,6),进而得出理论振子强度及实验振子强度,二者均方根偏差δ_(rms)=1.618×10-7。计算了Nd~(3+)能级4F3/2→4IJ'(J'=15/2,13/2,11/2,9/2)跃迁几率、跃迁分支比和能级寿命。4F3/2→4I11/2跃迁分支比最高(56.91%),对应波长1 062 nm。且亚稳态4F3/2能级寿命较长,为1.435 2 ms,适合作为上转换中间能级。在980 nm半导体激光器激发下,观测到波长为487,541,662 nm上转换发光,分别对应于Nd~(3+)的2G9/2→4I9/2、4G7/2→4I9/2和4G7/2→4I13/2辐射跃迁。通过样品上转换发射功率与激光器工作电流进行的曲线拟合,得到吸收光子数目依次为2.06,1.99,2.15,确定3个发射峰均对应于双光子吸收。     

Growth, spectroscopic characteristics and laser potential of Yb3+:Ca3La2(BO3)4 crystal

Crystal of Yb³⁺-doped Ca₃La₂(BO₃)₄ has been grown by the Czochralski technique. The room temperature absorption and fluorescence spectra of the crystal have been investigated. The result showed that this crystal exhibits broad absorption and emission with the FWHM of 11 nm at 978 nm and 66 nm FWHM at 1025 nm, respectively. The stimulated emission cross-section of Yb³⁺ ions were calculated using the reciprocity method and Fuchtbauer-Ladenburg method, respectively. The room temperature fluorescence decay curves of ² F _5/2 manifold of Yb³⁺ ions were recorded for both crystal and powder samples. The effect of radiation tapping on the spectroscopic properties is discussed. The result that the lifetime of the powder sample is shorter than that of the bulk sample demonstrates the existence of radiation trapping effect. The laser potentiality was also evaluated and the results show that this crystal is a good candidate for tunable and ultrashort pulse lasers.