国产大尺寸钛宝石晶体助力世界最强脉冲激光放大输出

自主研发成功热交换法生长大尺寸钛宝石晶体设备,生长出完整无开裂的钛宝石激光晶体毛坯,经加工获得尺寸达φ235 mm×72 mm的晶体元件.在180 mm口径范围内,晶体光学均匀性达到5.52×10-5,晶体应力双折射为5.0 nm/cm.大尺寸钛宝石晶体应用于上海超强超短激光实验装置,获得339 J激光脉冲能量输出,峰值功率达10.3 PW.     

4-氨基二苯甲酮晶体的定向生长及光学性能研究

采用过冷熔体定向约束生长法生长了尺寸约为30 mm×14 mm×7 mm的块状4-氨基二苯甲酮晶体,并对生长晶体的光学均匀性、光学透过率、二次谐波转换效率以及激光损伤阈值等性能进行了测试.结果表明:定向生长的4-氨基二苯甲酮晶体在650~1200 nm波段内具有90;以上的光学透过率;最高二次谐波转换效率达到64.9;;单点激光脉冲损伤阈值分别为205.4 GW/cm2(输入光波为1064 nm)和267.2 GW/cm2(输入光波为532 nm).采用过冷熔体定向约束生长的4-氨基二苯甲酮晶体适合于用作Nd: YAG激光的二次倍频器件,也适合于用作650~1200 nm波段的光学调制器件.     

掺杂BaAlBO3F2晶体的生长及性能研究

本文通过对BaAlBO3F2(BABF)晶体进行掺杂以增加晶体的双折射率,从而使BABF晶体的最短直接倍频波长紫移,拓宽其应用波段.研究发现Ga掺杂能够使BABF晶体的最短直接倍频波长从273 nm紫移至259.5 nm理论上能够实现四倍频(266 nm)激光输出.采用优化的B2O3-LiF-NaF助熔剂体系,通过中部籽晶法生长出尺寸为25 mm×20 mm×10 mm的Ba(Al,Ga) BO3F2晶体.对该晶体的透过光谱、光学均匀性、弱吸收、倍频匹配曲线、粉末倍频效应和激光损伤阈值的性能进行了表征,结果显示了该晶体在紫外波段激光输出的潜能.     

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。     

顶部籽晶法生长大尺寸CsLiB6O10晶体

以高纯硼酸、碳酸锂和碳酸铯为原料,摩尔比硼酸:碳酸锂:碳酸铯=11:1:1,采用顶部籽晶法,生长出尺寸为65 mm×22 mm×12 mm CsLiB6O10(CLBO)单晶,探讨了影响CLBO晶体生长的因素.对生长出的CLBO晶体的相关光学性质进行了研究.CLBO晶体的光学均匀性为3.6×10-5/cm,透过光谱表明该晶体的透光范围为185 nm到2790 nm,其紫外吸收边低于185 nm;用Maker干涉条纹测定了CLBO晶体的非线性光学系数为:d36(CLBO)=1.8d36(KDP).     

移动加热器法生长CZT晶体的成分及缺陷均匀性研究

采用移动加热器法,成功生长出尺寸为φ55 mm×70 mm的CdZnTe晶体.采用电子探针、光致发光谱等方法,测试了晶体径向的成分和缺陷分布,并与垂直布里奇曼法生长的同成分CdZnTe晶体进行了对比分析.结果表明,移动加热器法生长的CdZnTe晶体沿径向的成分和缺陷分布均匀,均优于垂直布里奇曼法生长的晶体.     

Cr:iSrAlF6晶体生长及其性能表征

本文报道了布里奇曼法生长的高品质Cr:iSrAlF6 晶体及其激光特性.采用固相氟化反应除去原料中的氧化物和水.在较小的温度梯度和较慢的生长速率下生长出的Cr:iSrAlF6晶体尺寸达到φ20mm×130mm.均匀的Cr3+掺杂浓度为1～15mol;.从XRD谱图计算出的Cr:iSAF晶体点阵参数为a=0.502nm,c=0.967nm.测试了晶体的吸收曲线,并分析了其吸收与能带结构的关系.实现了闪光灯泵浦的Cr:iSAF激光器运转,激光转换斜效率达到5.85;.     

间硝基苯胺晶体的定向生长及光学性能研究

采用过冷熔体定向约束生长方法生长了尺寸约为30×15×8 mm3的块状间硝基苯胺晶体,并对生长晶体的光学均匀性、光学透过率、二次谐波转换效率以及激光损伤阈值等性能进行了测试.结果表明:生长的间硝基苯胺晶体在500～1150 nm波段内的光学透过率均在92;以上;最高二次谐波转换效率达到69.6;;单点激光脉冲损伤阈值分别为19.8 GW/cm2(输入光波为1064 nm)和45.3 GW/cm2(输入光波为532 nm).采用过冷熔体定向约束生长的间硝基苯胺晶体适合用作Nd: YAG激光的二次倍频器件,也适于作500～1150 nm波段的光学调制器件.     

Fe2+∶ZnSe晶体制备及光学吸收

本文采用热扩散掺杂技术制备了Fe2+∶ZnSe晶体,获得尺寸达φ20 mm×2.0mm的晶体样品.光谱测试分析结果显示,晶体样品在3.0 μm附近具有显著的Fe2+∶ZnSe晶体的特征吸收,相对吸收强度达85;;通过ICP-AES测试该晶体样品中铁离子为4.5 ×1017 cm-3;分析了影响掺杂铁离子浓度的主要因素.     

铌酸钾锂晶体的生长和缺陷

用电阻加热提拉法生长了一系列较大尺寸,组分离子均匀性较好的铌酸钾锂晶体.利用X射线荧光光谱法测量了不同配比的熔体中生长出的晶体组成,用同步辐射X射线测量了晶体结构,结果表明随晶体组成变化,晶体的晶格常数发生了变化.根据晶体组分离子浓度与折射率的关系研究了晶体折射率变化情况,结果表明用本方法生长的大尺寸KLN晶体,寻常折射率no在测量误差范围内没有变化,非寻常折射率ne的变化率在820nm仅为1.22×10-4/mm,在410nm仅为1.93×10-4/mm.晶体的干涉条纹证明了晶体有良好的光学均匀性.结合晶体生长实验,探讨了改进晶体组分离子浓度分布均匀性的方法,结果表明采用籽晶和坩锅向相同方向旋转可以改善晶体生长界面处组分离子浓度的波动,提高晶体组分离子均匀性.晶体的缺陷研究表明晶体结构完整性较好,位错形状与晶体结构相一致,密度为7.5×104,[001]轴是晶体的极化轴.晶体对890～960nm波长范围的cw-Ti:sapphire激光倍频结果表明晶体有良好的倍频性能.     

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.     

15;Yb:YAlO3晶体的生长和光谱研究

本文采用中频感应提拉法成功生长了Yb掺杂浓度高达15;的YAlO3晶体,晶体尺寸约30mm×120mm,晶体质量较好.对生长的晶体沿垂直于b轴方向进行了切割,将样品分别在氢气和氧气中退火后进行了吸收和荧光测试.在氧气中退火后的样品具有较大的峰值吸收宽度,但同时也增加了基线的吸收系数.分析表明在940nm泵浦下,1011nm和1037nm将是实现激光输出的候选波长.     

新型( Yb3+,La3+)∶Gd2SiO5和(Yb3+,Tb3+)∶GdTaO4单晶生长及分凝研究

采用提拉法生长了尺寸为φ30 mm × 50 mm的(Yb3+,La3+)∶Gd2SiO5单晶和尺寸为φ24 mm×57 mm的( Yb3+,Tb3)∶GdTaO4单晶,用X射线荧光法测量了掺杂样品的组分浓度在晶体中的分布,拟合了掺杂离子的有效分凝系数,结果表明:Yb3+在Gd2SiO5晶体中的分凝系数为1.185(15),接近单位1,而La3+则为0.68 (10),偏离单位1较多,对晶体的光学均匀性会有较大的影响;Yb3+和Tb3+在GdTaO4中的分凝系数为0.84(14)和0.84(5),接近单位1,对晶体的光学均匀性影响较小.     

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.     

K3B6O10Br非线性光学晶体的生长及性质研究

采用顶部籽晶法,KF.2H2O-PbO复合助熔剂生长K3B6O10Br晶体,获得了18 mm×18 mm×10 mm尺寸的单晶。K3B6O10Br紫外透过截止边约为210 nm,粉末倍频效应为3倍KDP,利用德拜公式计算了阴离子基团的偶极矩。采用直角棱镜法测试了晶体折射率并拟合了Sellmeier方程。计算及实验表明,K3B6O10Br能够实现532 nm及355 nm倍频输出。对晶体的激光损伤阈值、硬度及潮解性进行了测试。     

Ⅰ类高氘DKDP晶片性能研究

受到晶体尺寸以及非线性光学性能的影响,目前可供选择的非线性晶体非常有限。DKDP晶体作为传统大尺寸光电材料,在光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)装置中得到了应用。高氘化的DKDP晶体有更好的光学性能,然而生长出高氘化DKDP晶体对生长环境等有更加严格的要求。本文通过改良的原料合成罐以及生长槽,采用点籽晶快速生长法成功生长出高氘DKDP晶体。按照Ⅰ类(θ=37.23°, φ=45°)切割方式制备样品,并对其氘含量、透过率、光学均匀性以及晶体激光损伤阈值进行测试。实验结果表明,晶体的平均氘含量达到98.49%,在可见-近红外波段下具有较宽的透过波段和较高的透过性能。R-on-1的测试结果显示,在3 ns、527 nm条件下,DKDP晶体的激光损伤阈值达到了19.92 J/cm²。晶体光学均匀性均方根达到了1.833×10^-9,表明晶体具有良好的光学均匀性。     

KDP晶体“二维平动法”生长及其品质分析

首先测量了KDP溶液的亚稳区,并据此开展“点籽晶”KDP晶体快速生长实验.在实验中采用两种晶体运动方法-“二维平动法”和“旋转法”来生长晶体,分别得到尺寸为55 mm×55 mm×48 mm和60 mm×60 mm×45 mm的晶体.将两种运动方式生长的晶体通过透过光谱,锥光干涉图以及化学腐蚀方式进行质量对比.结果表明,两种方式生长的晶体透过光谱没有太大区别,都具有较高的透过率,但“二维平动法”生长的晶体具有较好光学均匀性,位错密度明显降低.说明“二维平动法”生长晶体的方式能够减少晶体内部缺陷,提高晶体质量.     

大尺寸CLBO单晶的生长和性质研究

本文对生长大尺寸硼酸铯锂(CsLiB6O10,简称CLBO)单晶的生长工艺进行了探索研究,采用顶部籽晶泡生法生长出尺寸为70×25mm的CLBO透明晶体.测量了晶体的干涉图,计算其折射率变化为Δn～1.2×10-5,晶体的光学质量接近于玻璃水平(～10-6).测量CLBO单晶的结构及其光学特性.用15mm×10mm×7mm的CLBO样品,在锁模Nd:YAG激光器上做倍频实验,获得了波长为532nm的倍频光,其转换效率高达60;以上.     

高温闪烁晶体GSO:Ce的生长及其光谱性质

本文用中频感应提拉法生长出尺寸为φ30mm×150mm,质量好的GSO:Ce晶体.并对晶体进行XRD测试和差热分析,初步分析引起晶体开裂的原因,最后测试了晶体室温下的吸收和荧光光谱等,GSO:Ce晶体发射峰为433nm,晶体在大于400nm范围其光透过率大于80;.     

Cr:LiSrAlF_6 晶体生长及其性能表征(英文)

本文报道了布里奇曼法生长的高品质Cr:LiSrAlF6晶体及其激光特性。采用固相氟化反应除去原料中的氧化物和水。在较小的温度梯度和较慢的生长速率下生长出的Cr:LiSrAlF6晶体尺寸达到2 0mm× 130mm。均匀的Cr3 +掺杂浓度为 1～ 15mol%。从XRD谱图计算出的Cr:LiSAF晶体点阵参数为a =0 .5 0 2nm ,c =0 .96 7nm。测试了晶体的吸收曲线 ,并分析了其吸收与能带结构的关系。实现了闪光灯泵浦的Cr:LiSAF激光器运转 ,激光转换斜效率达到 5 .85 %。