Yb:YAP晶体的光谱性能研究

应用中频感应加热提拉法生长出掺杂浓度为10;原子分数的Yb:YAP晶体,研究了室温下Yb:YAP晶体的吸收和发射光谱特性以及荧光寿命.Yb:YAP晶体在959nm处有最强吸收,吸收截面约为1.51 × 10-20 cm2,在1040nm处的发射截面为0.6 ×10-cm2,激光上能级荧光寿命为1.2 ms,此处自吸收较小,是实现激光输出的候选波长.研究了氧气退火对Yb:YAP晶体的光谱性能的影响.Yb:YAP晶体轴向效应明显,b轴将是作为激光输出的首选方向.比较了Yb:YAP晶体和Yb:YAG晶体的光谱性能参数.     

Nd∶GdVO4晶体生长及其1064nm的激光特性

本文报道了用Czochralski方法生长Nd∶GdVO4晶体,测量了该晶体的偏振吸收谱和荧光谱,表明晶体在808.5nm有吸收峰,其发射波长在1064nm.晶体中掺Nd浓度的原子分数为1.56;的Nd∶GdVO4的4F3/2荧光寿命为100μs.用激光二极管泵浦1mm厚的Nd∶GdVO4晶体,得到了超过1W 1064nm的输出光,泵浦阈值为20mW,光-光转换效率为55.9;,斜效率为63;.     

大尺寸掺钕和掺铥铝酸钇晶体的生长和退火技术

通过分析铝酸钇(YAP)晶体产生孪晶、开裂、色心和弥散性散射的原因,探讨了克服这些缺陷和问题的技术途径.采用提拉法生长了b轴方向的掺钕和掺铥铝酸钇(Nd:YAP和Tm:YAP)晶体,通过温场系统、生长工艺参数和切割工艺的优化,克服了晶体开裂的问题,晶体直径达到46mm;通过真空退火工艺,既显著减轻了紫外和可见区的色心吸收,又减小了晶体的应力,有助于克服晶体在加工过程中的开裂问题.晶体生长实验和晶体的显微观察表明:YAP晶体中的弥散状散射很可能同熔体中组分的均匀性有关,通过增大晶体的直径,增强强迫对流有助于减轻晶体中的弥散状散射.高质量b轴Nd:YAP和a轴Tm:YAP晶体已分别实现二极管泵浦大于140W的1.079μm和大于10W的1.99μm激光输出.     

高温闪烁晶体Ce∶YAP的生长研究

Ce∶YAP晶体具有优良的闪烁性能,其主要特点是光产额大,衰减时间短,发射峰与光电倍增管的接收范围相匹配,在γ射线探测、核医学等方面有着广阔的应用前景.我们用提拉法生长了不同掺杂浓度的Ce∶YAP晶体,成功地解决了在生长过程中出现的晶体开裂及孪晶问题,并对晶体生长过程中的爬料、纯YAP晶体着色等现象作了讨论.X射线激发发射谱表明晶体的发射峰在388nm,吸收测试则显示晶体在254nm、366nm处有两个吸收峰.     

Nd∶GdVO4激光晶体的光谱性质和热学性质

用提拉法生长了Nd∶GdVO4单晶,测量了其室温吸收谱和室温荧光谱,测量了其热扩散系数α和比热CP,从而得到了其热导率λ.可以看到Nd∶GdVO4晶体的吸收波长在808nm附近,与已经商品化的GaAlAs LD的发射波长能很好地匹配,从而增加了吸收效率,并且Nd∶GdVO4晶体具有较高的热导率,有望在高功率的激光系统中获得应用.所以Nd∶GdVO4晶体是理想的激光材料.     

钆镱共掺杂铝酸钇晶体的生长及性能研究

采用单晶提拉法成功生长出优质的Gd³⁺/Yb³⁺共掺铝酸钇晶体。对晶体的结构、分凝系数、光谱和激光性能进行了表征,结果表明:所生长的晶体空间群为Pnma,属于正交晶系,Yb³⁺的分凝系数为1.13。从偏振吸收和荧光光谱发现,b偏振方向时,晶体在980 nm处吸收截面为2.14×10^-20 cm²,适用于InGaAs 激光二极管泵浦;在1 044 nm处的发射截面为0.39×10^-20 cm²,荧光寿命为1.638 ms。此外,对b切向的Gd/Yb∶YAP晶体进行激光实验,在1 μm处实现连续激光输出,斜率效率为23.5%,最大输出功率可达0.51 W。     

新型光折变晶体Mn:YAlO3的生长与光谱性质研究

采用提拉法成功生长了无散射掺杂0.5;原子分数的Mn:YAlO3(Mn:YAP)光折变单晶体,晶体尺寸约为25mm×47mm,原生态晶体呈桔黄色.XRD测试结果表明,Mn:YAP晶体具有与纯YAP相同的结构(Pnma),但Mn离子掺杂后相应的晶胞参数略有减小.采用ICP方法测试计算得Mn离子在YAlO3晶体中的分凝系数约为0.11.在室温下测试了Mn:YAP晶体的吸收和荧光光谱,并初步分析了Mn:YAP晶体的光谱特征.研究表明Mn:YAP晶体中,Mn4+离子充当光折变中心,其吸收和发射峰分别对应于480nm和720nm.     

退火温度对Ce∶YAlO_3单晶体的影响研究(英文)

将生长完成的Ce∶YAlO3单晶体在1680℃的高温氢气气氛下退火,晶体颜色、吸收光谱和荧光光谱相对于未退火的样品均发生了变化。本文对此现象进行了分析。研究结果表明,1680℃高温氢气退火后,Ce∶YAP晶体中同时包含YAP相和YAG相。     

Tm∶YAG晶体的生长及吸收特性

采用提拉法生长出三种掺Tm3 浓度的Tm∶YAG晶体。运用ICP AES测定Tm3 离子在Tm∶YAG晶体中的分凝系数约为 1。室温下测定了Tm∶YAG晶体在 190～ 90 0nm之间的吸收光谱及 10 0 0～ 4 5 0 0cm-1范围内退火前后的红外吸收谱。测试结果表明 ,退火后 336 5cm-1处OH-1离子的吸收峰完全消失。说明在空气气氛下对Tm∶YAG晶体进行退火处理改善了晶体的性能。     

YAP晶体变色现象的研究

YAlO3(YAP)晶体具有优良的物理和化学性能,在许多方面都有广泛的应用前景.我们在对闪烁晶体Ce∶YAP的研究过程中,发现了YAP晶体的变色现象.本文利用晶体透过谱对其颜色的变化进行了研究.不同的退火气氛及不同的掺杂成份对晶体颜色有较大影响,H2气氛退火或掺杂Ce元素使晶体颜色变浅,而在空气中退火或掺杂Yb元素则使晶体颜色加深.针对这一变色现象,我们认为是在晶体生长过程由于电荷补偿的需要而产生的O-心的吸收作用导致的.不同的O-心浓度其吸收作用不同,从而使晶体在400nm附近的透过率发生变化.采用这一模型可以对晶体颜色的变化及不同退火条件和掺杂元素的影响作出合理的解释.     

YAlO3∶Ce晶体的生长及性能研究

本文采用中频感应提拉法生长了尺寸为ø35 mm×70 mm的完整的YAlO₃∶Ce(YAP∶Ce)晶体。XRD测试结果表明所生长的YAP∶Ce晶体主相为YAP相,同时存在第二相YAG相;光致激发发射光谱表明晶体发射波长在344 nm和376 nm,激发波长分别为273 nm、290 nm和305 nm;X射线激发发射光谱表明晶体发射波长在377 nm附近;在γ高能射线激发下,晶体衰减时间曲线呈指数衰减,拟合后得到YAP∶Ce晶体的衰减时间为46 ns,通过高斯拟合以后YAP∶Ce晶体的能量分辨率和绝对光产额分别为8.51%和8 530 ph/MeV。本文分析了晶体生长过程中产生开裂和相变的原因,通过优化温场和工艺可以得到完整无开裂的晶体。如何获得更大尺寸的无开裂、无相变晶体,并实现量产是该晶体规模化应用中需要解决的重要技术难题。     

2.1μm激光晶体Cr,Tm,Ho∶YAG的生长、光谱和激光性能

采用提拉法成功生长出了优质的Cr,Tm,Ho∶ YAG晶体,并对其光谱及激光性能进行了研究.测量了晶体在350～2700 nm波段内的吸收光谱.用450 nm激光激发,测量了晶体的稳态和瞬态荧光光谱,拟合得到2.1 μm激光上能级的寿命为10.65 ms.用F-L公式计算了晶体在2.1 μm处的发射截面为6.92×10-20 cm2,并与其他Ho3+掺杂的激光晶体进行了对比.采用氙灯泵浦Cr,Tm,Ho∶ YAG晶体棒,实现2.1 μm的脉冲输出.在3 Hz和10 Hz时的激光阈值分别为33.11 J和33.88 J,斜效率均为4.5;,比市售成熟的激光棒的激光输出效率更高.     

激光加热基座法制备Er:YAP单晶光纤及性能表征

本文采用了激光加热基座(LHPG)法逆向生长技术，实现了多组分Er∶YAP晶体的快速制备。利用LHPG法开展了Er∶YAP单晶光纤的生长研究，通过解决单晶光纤生长过程中存在的色心、开裂、直径起伏等关键问题，制备出直径0.8 mm、长度65 mm的高品质Er∶YAP单晶光纤。对不同掺杂浓度Er∶YAP晶体的光谱性能进行表征分析，结果表明掺杂浓度5%(原子数分数)时，Er³⁺间存在较强的能量传递过程，有利于实现高效率中红外激光输出。     

YAP∶Ce晶体伽玛能响及抗中子能力研究

YAlO3∶Ce(YAP∶ Ce)是近年国内新研制出的实用型快响应无机闪烁晶体.本工作针对YAP∶ Ce晶体与光电倍增管组合构成闪烁探测器,根据闪烁体沉积能量与质能吸收系数等相关参数的核物理理论关系,通过解析方法计算了多种γ能量对应的灵敏度,同时应用Monte Carlo方法模拟,获得了YAP∶ Ce晶体对γ射线的能量响应理论趋势;并通过实验测量了该探测器对γ和中子多种能量点的灵敏度,以检验理论和模拟计算的可靠性.理论和实验结果表明:YAP∶ Ce闪烁探测器0.3 MeV～ 1.25 MeV能区γ灵敏度随能量的增加而平缓地增加;其中1.25 MeV能量的灵敏度比0.37 MeV能量的灵敏度高约70;;同时具有较强的抗中子干扰能力:1.25 MeV的γ灵敏度与DT(14.1 MeV)中子灵敏度相当,比DD(2.54 MeV)中子灵敏度高5倍多;并且实验结果与理论计算、M.C模拟结果差异在5;范围内.     

Nd3+:d3Ga5O12晶体的室温吸收光谱和荧光光谱

用提拉法生长了掺钕的钆镓石榴石(Nd3+:GG)激光晶体.研究了室温下的吸收光谱和荧光光谱性质,分析了Nd3+:GG晶体4F3/2→4I11/2能级跃迁与1.06μm附近的荧光谱线之间的关系.吸收系数、发射系数、荧光寿命分别是4.32×10-20 cm-2,2.3×10-19cm-2, 240μs, 比较了Nd3+∶GGG 和 Nd3+∶YAG 的物理参数,实验表明:d3+∶GGG较Nd3+∶YAG有一系列的优点.     

中红外激光晶体Er∶YSGG的生长及LD泵浦的激光性能

采用提拉法成功生长出了Er∶ YSGG晶体.吸收光谱分析表明Er∶ YSGG晶体在967.5nm有较强的吸收峰和较宽的吸收谱带.采用966nm半导体激光器泵浦YSGG/Er∶YSGG复合激光晶体元件,实现了2.796 μm的连续激光输出,最大输出功率439 mW,相应的斜率效率为12.5;,光光转换效率为10.6;.     

YAP:Ce闪烁晶体的光致激发荧光衰减常数测量

用波长为266nm的激光激发不同尺寸、不同掺Ce3+浓度的YAP:Ce闪烁晶体,测量其光致激光荧光衰减常数,测量结果表明:YAP:Ce闪烁晶体的光致荧光衰减常数约为18.2ns,且与实验晶体厚度及Ce3+掺杂浓度(0.1;～0.6;原子分数)无关.     

Nd:NaY(WO4)2激光晶体光谱性能研究

Nd:NaY(WO4)2 是一种性能优良的激光晶体.本文采用提拉法生长了Nd:NaY(WO4)2晶体,测试了该晶体的吸收光谱和光荧光光谱.结果表明,该晶体在804nm、752nm、586nm附近有较强、较宽的吸收峰,适合于LD泵浦.从光荧光光谱得到发射波长分别为1064nm和1350nm,并计算了晶体的吸收截面和发射截面.     

2μm波段激光晶体Tm:YAP的生长缺陷

采用提拉法沿a、b、c轴方向生长了Tm:YAP晶体,研究了该晶体的几种常见缺陷.通过化学腐蚀,利用光学显微镜观察了Tm:YAP晶体主要晶面的位错腐蚀坑形貌,发现在沿b轴生长晶体的(010)面上存在位错蚀坑密度不同的区域,对其成因进行了分析.借助偏光显微镜研究了晶体中的孪晶及消光现象,分析了成因并提出了消除措施.用He-Ne激光对晶体内的散射颗粒分布进行了研究,在扫描电镜(SEM)下观察到形状不规则的散射颗粒夹杂.上述研究结果对获得优质Tm:YAP晶体具有重要意义.     

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.