系列铌酸锂晶体在电光调Q激光系统中的激光损伤性能研究

搭建了一套1064 nm波段的电光调Q激光系统,并对其能量、脉宽、光斑质量等进行了表征.在该激光系统环境中分别测试了扩散法制备的掺杂1 mol;氧化镁的近化学计量比铌酸锂(Mg1 SLN)晶体、名义纯同成分铌酸锂晶体(CLN)及掺杂5mol; MgO的铌酸锂(Mg5LN)晶体的激光损伤性能.结果 表明,在该调Q激光工作环境下,当波长1064 nm;脉宽为9.8 ns、频率为1 Hz时,Mg1 SLN晶体、Mg5 LN晶体和CLN晶体多个测试点发生激光损伤时对应的功率密度的平均值分别为1141 MW/cm2、874 MW/cm2和651 MW/cm2.     

低应力铌酸锂电光调Q开关的研究

本文分析了铌酸锂晶体应力,按照来源包括热应力、缺陷应力、加工应力和晶体受到的外力等.对铌酸锂晶体热处理时固溶体脱溶问题的初步分析,采用合适的工艺对晶体毛坯进行了去应力热处理;在调Q开关制作时开发了弹性装配技术取代传统的硬性夹持方案,消除了夹持应力对电光调Q开关的影响.制备的铌酸锂电光调Q开关得到了实际应用,有效提高了激光器工作的温度稳定性.     

铌酸锂晶体及其应用概述

铌酸锂晶体历史悠久,物理效应最为齐全,被用于制备声学滤波器、谐振器、延迟线、电光调制器、电光调Q开关、相位调制器等器件,在电子技术、光通信技术、激光技术等领域得到了广泛应用,并且在第五代无线通信技术、微纳光子学、集成光子学及量子光学等近期快速发展的领域中展示了重要的应用前景.本文简要综述了铌酸锂晶体的基本性质、晶体制备以及应用情况,对铌酸锂晶体未来的应用发展进行了简要分析.     

铌酸锂电光调Q晶体漏光现象的研究

针对铌酸锂(LN)电光调Q开关性能一致性差、退压式调Q时无法完全关断光路的问题进行了系统研究.在闪光灯泵浦Nd:YAG激光系统中,对多块LN电光调Q开关的退压式电光调Q性能进行了对比测试,并从电光调Q理论出发,分析了光路无法关断的可能原因.在此基础上,利用X射线定向仪、锥光干涉法对各晶体的轴向偏差、光学均匀性进行了表征,首次发现了LN晶体的电光不均匀性,即感应主轴偏离理论上的45°方向、通光截面各处感应双折射不一致.通过对比实验,证实了电光不均匀性是造成光路无法关断、不同开关性能差异较大的主要原因.     

高温度稳定性系列铌酸锂电光调Q开关的研制

通过对影响铌酸锂电光调Q开关工作温度稳定性的原因分析,认为晶体自身的应力是导致铌酸锂电光调Q开关温度稳定性差的主要原因.而减小晶体自身应力的关键主要取决于晶体光学质量的均匀性,同时,组分的波动也会使晶体产生应力.为此利用前期大尺寸铌酸锂晶体质量大幅提高的结果,配合适当的热处理工艺,研制出了系列铌酸锂调Q开关,通过在1064 nm、1318 nm、2128 nm等激光器中应用,这些调Q开关均能稳定工作,完全能够满足激光雷达等脉冲激光器的使用.     

名义纯及掺杂铌酸锂晶体内偏置场的实验研究

铌酸锂晶体的内偏置场对铁电应用、电光应用和非线性光学应用等均有直接影响。本工作建立了铌酸锂(LN)晶体内偏置场测试方法,对同成分铌酸锂(CLN)晶体、近化学计量比铌酸锂(nSLN)晶体、掺杂铌酸锂(doped LN)晶体的内偏置场和矫顽场进行测量。结果表明,CLN晶体内偏置场最高(E_int=2.53 kV/mm),nSLN晶体的内偏置场大幅降低,其中富锂熔体法生长和气相输运平衡(vapor transport equilibration, VTE)法结合得到的nSLN晶体的内偏置场最小,与CLN晶体相比降低了约两个数量级;掺杂铌酸锂晶体的内偏置场与CLN晶体相比也普遍降低,其中掺6.5%(摩尔分数)Mg的CLN晶体的内偏置场约为CLN晶体的四分之一,掺7%(摩尔分数)Zn的CLN晶体的内偏置场约为CLN晶体的六分之一。最后对组分和掺杂影响内偏置场的因素进行了简要分析。     

适用于宽温度范围高稳定的Q开关LiNbO3晶体

分析了俄罗斯的Q开关LiNbO3晶体的成分,这种开关用在Nd∶YAG激光测距仪上,能够在温度-50～50℃范围内稳定工作.通过测量紫外吸收边的位置、红外振动光谱、晶格常数和居里温度的方法,测出晶体中的锂铌比([Li]/[Nb])为49.02/50.98.分析认为晶体中的锂铌比是影响LiNbO3晶体Q开关温度稳定性的主要因素.     

钽酸锂电光调Q晶体开关的制备研究

制备了双晶体匹配的钽酸锂电光调Q开关.首先理论分析了两匹配晶体通光方向尺寸偏差、轴向角偏差等对自然双折射补偿的影响,估算了消光比为100:1时各加工参数应满足的指标要求.在此基础上,以平晶为基准面来保证晶向精度、同盘抛光来保证晶体尺寸,制备了满足条件的钽酸锂双晶匹配调Q开关.用锥光干涉的方法检测了匹配后晶体的光学均匀性,并在激光系统中测试了其调Q性能.结果表明匹配较好的LT调Q开关能够满足实际光学应用的需求.     

Zn2+∶Yb3+∶LiNbO3晶体生长及光谱性能研究

采用提拉法成功生长了Zn2+(2mol;)单掺的同成分铌酸锂(Zn2+∶LiNbO3)晶体及Zn2+(6mol;)和Yb3+(1 mol;)双掺的同成分铌酸锂(Zn2∶Yb3+∶LiNbO3)晶体,晶体尺寸分别约为φ30 mm×40 mm和φ30 mm×50mm.测试了这两个晶体的XRD图谱并与标准图谱进行了比较.测量了Zn2∶LiNbO3和Zn2∶Yb3+∶LiNbO3晶体的红外透射光谱,OH-的振动吸收峰分别位于3484.2 cm-和3493.7 cm-1,表明Zn2+的掺杂浓度还都处在阈值以下.研究了Zn2+∶Yb3+∶LiNbO3晶体的室温吸收、发射光谱和荧光寿命特性,表明其是潜在的近红外激光增益介质,有望发展新型功能激光器件.     

同成分铌酸锂晶体中反位铌的扩散研究

通常商业使用的同成分铌酸锂晶体(CLN)是固液同成分共熔点配比,其Li2O含量约为48.6mol;,晶体中存在大量的锂空位和反位铌等本征缺陷,进而影响了晶体的电光系数、折射率、光折变等性能.研究表明,将缺锂的晶体在高温、富锂气氛下进行扩散处理可获得接近化学计量配比的铌酸锂晶体(nSLN),这种方法获得的nSLN晶体光学质量高,且技术简便、成本低,具有实际应用价值.本文分析了富锂气氛下CLN晶体扩散过程中反位铌的扩散机制和扩散路径,认为反位铌在扩散过程中将迁移到晶体外部,并通过CLN晶片的单边扩散进行了验证.