蓝宝石晶体的热学性能研究

对热交换法生长的蓝宝石晶体的热学性质做了系统的研究.在298 ～1773 K的温度范围内,用热膨胀仪测量晶体的主热膨胀系数分别为α11=5.312×10-6 ～8.379×10-6 K-1,α33=6.008×10-6～9.317×10-6K.,r向热膨胀系数αr=5.402×10-6K-1～8.821×10-6K-1.在298 ～1273 K的温度范围内,测得晶体的比热为0.7798～1.2242 J/(g·K).采用激光脉冲法测量了在298～1273 K温度范围内晶体的热扩散系数,并通过计算得出主热导率分别为k11 =31.429～5.556 W/(m·K)和k33 =33.611 ～7.651 W/(m·K),r向热导率kr=36.521 ～9.153 W/(m· K).     

Yb0.005Y0.708Lu0.287VO4混晶的生长和材料性质

采用提拉法生长出Ybb0.005Y0.708Lu0.287VO4晶体.在室温下,对Yb0.005Y0.708Lu0.287VO4晶体进行了XRPD测试,计算了晶格常数(a=b=0.7091 nm,c=0.6273 nm)和密度(4.826 g/cm3).对混晶的(100)面进行了腐蚀,腐蚀坑呈四棱锥形状.平均线膨胀系数α1=1.285×10-6 K-1,α3=7.030 ×10-6 K-1,温度在330.15 K和570.15 K之间变化时,比热为0.494 ～0.617 J/g·K.     

中远红外非线性光学晶体AgGaGenQ2(n+1)(Q=S、Se)研究进展

AgGaGenQ2(n+1)(Q=S、Se)晶体是性能优异的中红外高功率非线性光学材料,在红外跟踪、制导、激光反卫星和激光医学等领域有重大应用前景.本文综合评述了AgGaGenQ2(n+1)(Q=S、Se)晶体的发展历程和研究进展,总结了本实验室已报道,以及最新研究进展,包括采用改进的两温区气相输运温度振荡法合成出单相多晶材料,在四温区立式炉中用改进的Bridgman法生长出AgGaGenQ2(n+1)(Q=S、Se)系列单晶体,晶体尺寸最大可达φ45 mm×90 mm.AgGaGenS2(n+1)晶体退火后在1μm附近透过率为65; ～70;,AgGaGeS4晶体1μm吸收系数约为0.01 cm-1.600 K时热膨胀仪测试AgGaGeS4晶体的热膨胀系数分别为αa=1.39×10-5 K-1,αb =6.87 ×10-6 K-1,αc=1.44 ×10-5K-1.AgGaGeS4表面损伤阈值为103 MW·cm-2,是文献报道值50 MW·cm-2的2倍,体损伤阈值为132 MW·cm-2.     

Nd:YbVO4激光晶体的生长及热学性质

用提拉法沿a轴和c轴成功生长出质量优良的Nd:YbVO4新型单晶.采用HRXRD-D5005型高分辨X射线衍射仪测得晶体的摇摆曲线,可以测得(400)面的半峰宽为70.92″,(004)面的半峰宽为19.80″.测得掺杂浓度为1;原子分数Nd:YbVO4晶体中Nd离子的有效分凝系数Keff为0.54.在298.15～573.15K温度范围内测量了晶体的热膨胀系数,αa=2.6×10-6/K,αb=2.5×10-6/K,αc=8.7×10-6/K;测得比热值为0.45～0.65J/g·K.测量了晶体的热扩散系数a,从而得到了其热导率λ.     

助熔剂法生长RbBe2BO3F2晶体及热性能研究

本文采用自发成核助熔剂法生长深紫外非线性光学晶体RbBe2BO3F2(RBBF)。研究了不同助熔剂体系的黏度对自发成核的影响,采用Rb2O-NaF-B2O3体系获得了厚度超过2.5 mm的大块透明RbBe2BO3F2晶体。研究了晶体的热学性能,包括熔点、比热、热膨胀系数和热导率,并与KBBF同族晶体进行了比较。在30～300℃温度范围内,RBBF晶体比热是0.70～0.95 J/g·K,大于CBBF晶体。测得RBBF晶体沿c轴的热膨胀系数是z=47.16×10-6K-1,在298 K时沿c轴的热导率是3.04 W/m·K。     

Nd:Ca10 K(VO4)7激光晶体的生长及光谱性质

采用固相法合成多晶粉末原料,并用提拉法(Czochraski)生长出尺寸约为φ20 mm×20mm、光学质量优良的Nd:Ca10K(VO4)7晶体.采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP)测定了Nd3 、K 离子在晶体中的掺杂浓度,并据此计算出其有效分凝系数Keff分别为1.25、0.73.测定了晶体的热膨胀系数,约为αa=7.9×10-6K-1,αc=11.3×10-6K-1;维氏硬度为358.3VDH.在室温下测定了Nd:Ca10K(VO4)7晶体的偏振吸收谱、偏振荧光谱及荧光寿命,并用J-O理论计算了其光谱参数.结果表明,该晶体在810 nm处的吸收半峰宽为11 nm,其吸收截面为5.06×10-20cm2;在1069nm处具有较大的发射截面,约为1.72×10-19cm2.同时,该晶体还具有比较弱的浓度猝灭效应.这些特点表明该晶体较适合用作微片激光材料.     

CdSiP2晶体的生长与热膨胀性质研究

设计出PBN内衬的逐层减压石英生长安瓿,采用改进的垂直布里奇曼法,获得了完整无开裂的CdSiP2晶体,尺寸达φ15 mm × 65 mm.采用高分辨X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线能谱仪对生长的晶体进行测试表明,生长晶体化学成分非常接近CdSiP2的理论化学配比,结晶性良好.运用红外分光光度计以及红外显微镜对厚度2mm的CdSiP2晶片进行了红外光学性能测试,结果表明,在2～5 μm范围内的红外透过率在53;以上,晶片的红外透过率均匀性接近90;.对CdSiP2晶体a轴方向与c轴方向的热膨胀系数αa和αc分别进行了测定,在温度620K时,a轴方向的热膨胀系数αa高达4×10-6 K-1,几乎为αc的三倍.计算得到Cd-P键rCd-P的热膨胀系数为17×10-6 K-1,比Si-P键rSi-P大得多,采用电子结构理论分析了CdSiP2晶体各向异性热膨胀机理.     

KTP晶体的溶解度测定及其水热法生长

在溶液填充度f=70;,温度T=400,450,500和550℃的条件下,本实验通过淬冷失重法测定了KTP晶体在K2HPO4+KH2PO4水溶液中的溶解度.结果发现:在温度T≥450℃,K2HPO4和KH2PO4的浓度分别为2 mol/1和0.1 mol/1的条件下,KIP晶体在溶液中有足够大的溶解度和溶解度温度系数.该结果符合水热法生长KTP晶体的要求.并且通过水热法在溶液填充度f=70;,温度T=470～520℃的条件下,以2mol/1 K2HPO4+0.1 mol/1KH2PO4+1;质量分数H2 O2为矿化剂,合成出尺寸为24×14×60 mm3的KTP晶体.     

Er3+,Yb3+:YAl3(BO3)4晶体的光谱性质研究

采用助熔剂法生长了Er3+,Yb3+共掺的YAl3(BO3)4晶体,测量了晶体的室温吸收谱.由此吸收谱,根据JuddOfelt理论计算了Er3+在Er3+,Yb3+:YAl3(BO3)4晶体中的强度参数、自发辐射几率、积分发射截面等参数.强度参数为Ω2=2.44×10-20cm2、Ω4=2.00×10-20cm2、Ω6=6.10×10-20cm2.研究了晶体的荧光特性,并在976nm激光泵浦下得到了上转换绿色荧光.     

含铅GaSb基半导体的热电输运特性

GaSb是Ⅲ-Ⅴ族系列直接带隙半导体材料,其内部的缺陷性质对调控材料的热电性能具有重要作用.研究发现,在GaSb中掺杂Pb后材料内部产生了大量的反结构受主缺陷Pbsb-及施主缺陷PbCa+,但本征缺陷VGa3-和SbGa2+浓度减少.这些缺陷浓度的变化直接调控了材料的热电输运性能.例如,掺杂0.25; Pb后,室温载流子浓度由未掺杂时的～5.04 ×1023m-3突增到9.50×1025 m-3;在867 K时,电导率由0.56×104 Ω-1·m-1增加到4.82×104 Ω-1·m-1;晶格热导率由4.63 W· K-1·m-1下降到3.41 W· K-1·m-1.最大热电优值(ZT)为0.21,约是未掺杂GaSb最大ZT值的10倍.     

NaGd(MoO4)2单晶及其钕离子掺杂的晶体生长和性能分析

使用提拉法生长了φ15 mm ×40 mm的掺Nd3+∶NaGd(MoO4)2以及纯的NaGd(MoO4)2晶体,通过XRD分析了晶体的结构.测量了晶体的TG-DSC曲线以表征晶体的热学性质,晶体的熔点为1182℃,比热为0.51 J/g·K.测量了晶体的拉曼光谱,其拉曼频移为886 cm-1.研究了Nd3+∶NaGd(MoO4)2的吸收光谱和荧光光谱,在806 nm谱带的吸收截面为3.862 × 10-19 cm2,半高宽为17 nm.在1058 nm处的发射截面为2.900×10-20 cm2.运用J-O理论,获得振子强度参数(Ω2,Ω4,Ω6),跃迁几率,荧光分支比,辐射寿命等参数.     

高温相偏硼酸钡α-BaB2O4晶体的结晶习性

采用Cz法生长了高温相偏硼酸钡α-BaB2O4晶体,尺寸为φ50mm×40mm,晶体无色透明,在He-Ne激光照射下无散射颗粒,无生长条纹.在生长过程中,α-BaB2O4晶体存在强烈的晶面显露特性,主要与晶体所属点群R-3c有密切关系,本文采用周期键链PBC理论分析了α-BaB2O4晶体的结晶习性.在实验上根据晶面夹角的关系,结合X射线劳埃衍射照相的方法标定了晶体的显露面指数,两者很好地吻合.α-BaB2O4晶体主要存在了3组显露面即三方锥面S{1-102}、六方柱面P{11-20}和菱面体T{21-34},且显露顺序为S＞P＞T,三方锥面S与六方柱面P的晶棱方向为[-1101],三方锥面S与菱面体T面的晶棱方向为[-4223],在晶体放肩部位处有对称分布的6条晶棱,分别对应于两组晶向[10k1i],[11k2i],i=1,2,3在一般情况下,k1i≠12i.     

Yb3+: Sr3Gd(BO3)3激光晶体的生长和光谱特性

采用提拉法(Czochralski)生长出了掺Yb3+的Sr3Gd(BO3)3晶体,晶体尺寸达到:25 mm×30 mm.测量了Yb3+: Sr3Gd(BO3)3晶体的吸收谱、荧光谱以及荧光寿命.Yb3+: Sr3Gd(BO3)3晶体在975 nm有一半峰宽为7 nm的强吸收峰,π谱的吸收跃迁截面σa=7.28×10-21 cm2,在1040 nm的发射跃迁截面σe=1.43×10-21 cm2.辐射寿命为1.46 ms, Yb3+浓度为13 at;时的荧光寿命f=2.14 ms,Yb3+浓度为0.5 at;时的荧光寿命f=1.21 ms.     

掺杂GSGG激光晶体热导率研究

为研究不同掺杂GSGG激光晶体的导热特性,用瞬态脉冲法测量了273～393K温度范围内自己生长的Cr:GSGG、Nd,Cr:GSGG和Nd:GSGG激光晶体热导率.建立了实验样品温度场模型,推导出晶体热导率随温度升高呈下降变化趋势的结论,这与实验测量结果基本相符,通过对测量结果曲线拟合给出了拟合方程.并从理论上解释了掺入较高浓度的杂质Cr3+离子会使得晶体的热导率值有所降低,以及双掺Nd3+、Cr3+离子和单掺Nd3+离子的GSGG晶体热导率值基本相同的原因.     

PMN-PT:Er3+铁电晶体的光谱特性与J-O理论分析

为了探索Er3+在Pb(Mg1/3Nb2/3)-PbTiO3弛豫铁电晶体场中的发光特性,采用高温溶液法生长了PMN-32PT:Er3+弛豫铁电单晶,测试并分析了该晶体的微观形貌、相结构、吸收光谱与上转换发射光谱,利用Judd-Ofelt理论计算了Er3+在PMN-32PT晶体场中的J-O振子强度参数.该晶体四方相晶胞参数为a=0.4023 nm,c=0.4033 nm,V=0.06523 nm3,单斜相晶胞参数为a=0.4035 nm,b=0.4032 nm,c=0.4031 nm,V=0.06557 nm3.振子强度参数Ω2=1.77×10-20 cm2,Ω4=1.50×10-20 cm2,Ω6=0.79×10-20 cm2,δrms=0.18×10-6;4 I11/2的理论能级寿命τ=1.75 ms.样品晶体在980 nm光源激发下,发射出了很强的绿光(552 nm).研究结果表明PMN-PT:Er3+单晶是一种性能优异的新型发光晶体.     

La3Ga5SiO14晶体压电系数的温度特性

测量了(yxf)-30°切La3Ga5SiO14(LGS)晶体30～300℃温度范围内的谐振特性.室温时压电常数d11和d14分别为5.59×10-12C/N和-5.01×10-12C/N.在室温至300℃范围内(yxl)-30°切La3Ga5SiO14晶片厚度切变振动的谐振频率和机电耦合系数k′26都随温度升高而升高,因此压电常数d11和d14也随温度升高而略有升高.     

含(1E,2E)-N1,N2-双((8-丁氧基喹啉-2-)亚甲基)乙烷-1,2-二胺的双核银配合物的合成与晶体结构

基于(1E,2E)-N1,N2-双((8-丁氧基喹啉-2-)亚甲基)乙烷-1,2-二胺的双核银配合物被合成,用1H NMR,单晶衍射表征其结构.该配合物I是一个三斜晶体,空间群为P-1,其余参数是:a=13.489(5)?,b=13.550(5)?,和c=19.836(8)?,α=70.077(6)°,β=75.145(9)°,γ=82.430(6)°,V=3291(2)?3,Z=2,C60H68Ag2F12N8O5P2, Mr=1486.90,Dx=1.500 g/cm3,T=296(2)K.晶体结构显示8-羟基喹啉衍射物是一个四齿配体,链接两个银离子.在室温下,用乙腈作为溶剂,浓度为1×10 -6mol· L-1,8-羟基喹啉衍射物与配合物I有相似的荧光光谱.     

三元同成分掺镁铌酸锂晶体的生长与抗光损伤性能研究

以三元同成分为基础配料,生长了掺杂浓度为6.5 mol;、7.5 mol;的掺镁铌酸锂晶体,并与传统的掺镁5.0mol;(Li/Nb=48.38/51.62)铌酸锂晶体作对比.光斑畸变法实验表明所生长的掺镁晶体的抗光损伤能力均达到5×105 W/cm2,与掺镁5.0mol;同成分铌酸锂晶体相近.全息法测得晶体最大折射率变化分别为4.39×10-6、4.61×10-6,而掺镁5.0mol;晶体为5.62×10-6.晶体的红外光谱和紫外-可见吸收谱显示,所生长的掺镁6.5mol;、7.5mol;晶体均已超过掺杂阈值.综上可知,采用三元同成分配比是获得高质量晶体的有效途径.     

Er~(3 ),Yb~(3 )∶YAl_3(BO_3)_4晶体的光谱性质研究

采用助熔剂法生长了Er3 ,Yb3 共掺的YAl3 (BO3 ) 4 晶体 ,测量了晶体的室温吸收谱。由此吸收谱 ,根据Judd Ofelt理论计算了Er3 在Er3 ,Yb3 ∶YAl3 (BO3 ) 4 晶体中的强度参数、自发辐射几率、积分发射截面等参数。强度参数为Ω2 =2 .4 4× 10 -2 0 cm2 、Ω4=2 .0 0× 10 -2 0 cm2 、Ω6=6 .10× 10 -2 0 cm2 。研究了晶体的荧光特性 ,并在 976nm激光泵浦下得到了上转换绿色荧光。     

稀土掺杂钨酸镧钠激光晶体的生长及其性能研究

采用提拉法生长出了纯的和Nd3+、Tm3+、Dy3+、Ho3+、Pr3+离子掺杂的大尺寸优质的NaLa(WO4)2晶体.TG/DTA实验表明NaLa(WO4)2晶体在1251℃同成分熔化,热膨胀实验结果显示该晶体沿(100)和(001)方向的热膨胀系数分别为1.23×10-5K-1和2.49×10-5K-1.在室温下测量了该晶体的红外和拉曼光谱,对晶体的振动性质进行了研究.对稀土离子掺杂的NaLa(WO4)2晶体进行了光谱性质的研究.N3+:NaLa(WO4)2和Tm3+:NaLa(WO4)2晶体800 nm附近的吸收峰半高宽和吸收截面较大,有利于用LD泵浦.采用小型的氙灯泵浦,研究了Nd3+:NaLa(WO4)2晶体的激光特性.当氙灯输入能量为1.28 J时,获得14.77mJ的激光输出能量,光光转换效率为1.15;.