2.7μm激光晶体Yb,Er,Ho∶GSGG的生长与光谱性能研究

用提拉法成功生长出了Yb,Er,Ho∶ GSGG晶体,对其光谱性能进行了研究.测量了晶体在320～3000 nm波段内的吸收光谱.用970 nm激光激发,测量了晶体的稳态和瞬态荧光光谱,拟合得到2.7～3 μm激光上下能级寿命,用F-L公式计算了晶体的发射截面.与Er∶ GSGG和Yb,Er∶ GSGG晶体的光谱参数进行了比较,结果表明,Yb,Er,Ho∶GSGG是一种更适合LD泵浦,实现低阈值、高效率2.79 μm激光输出的新型激光晶体.     

Tm3+/Ho3+掺杂的Gd3Ga5O12～2.0μm波段红外激光晶体的生长和性能研究

采用提拉法生长了最大尺寸为φ25mm×(30～40)mm优质透明的Tm3+:GGG、Yb3+/Tm3+:GGG、Cr3+/Tm3+:GGG、Tm3+/Ho3+:GGG和Cr3+/Tm3+/Ho3+:GGG共五种晶体.在室温下测试了这些晶体的吸收光谱、荧光光谱及荧光衰减曲线等,详细研究了光谱性能,对部分晶体进行了Judd-Ofelt理论计算,得到强度参数等重要的光谱参数.计算了～2.0μm附近荧光峰值波长处相应的能级跃迁的发射截面、量子效率等.研究表明:Yb3+和Cr3+的掺入分别使得Tm:GGG晶体在980nm附近和451 nm、628 nm附近的吸收大大增强,有利于商业激光二极管和闪光灯泵浦.在Tm激活的Tm3+:GGG、Yb3+/Tm3+:GGG、Cr3+/Tm3+:GGG晶体中,～2.0μm波段附近发射强度和发射截面值最大的峰值对应的波长为2000nm;而在Ho激活的Tm3+/Ho3+:GGG和Cr3+/Tm3+/Ho3+:GGG晶体中,发射强度和发射截面最大的峰值对应的波长为2080 nm.用氙灯抽运键合的尺寸为φ5mm×45mm Cr3+/Tm3+/Ho3+:Gd3+ Ga5 O12晶体,在2.086～2.102μm波段实现了平均功率为170 mw的激光输出.     

中红外波段激光晶体的研究进展

2～5 μm中红外波段激光在定向红外对抗、反恐、生物医疗、环境监测、光通讯、强场物理、激光聚变等方面有重要应用,还可用作5 ～ 20 μm中远红外激光输出的泵浦光源.从1μm的Nd3+和Yb3+,1.5 μm的Er3+,2 μm的Tm3+和Ho3+,2～3 μm的Tm3+和Cr2+,3 m的Er3+、Ho3+、U4+和Dy3+,到4 μm的Fe2+和Ho3+,再到大于4 μm的Dy3+、Er3+和Pr3+等,不断向中波红外方向拓展,是激光晶体发展的前沿.本文综述了近几年中红外波段激光晶体的研究现状,并对其未来发展进行了简要评述.文中还涉及到部分透明陶瓷的工作.     

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;.     

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;.     

2.7～3 μm稀土激光晶体研究进展

本文介绍了以稀土Er3+和Ho3+为激活离子,YAG,YAP,YLF,YSGG,GSGG为基质的2～7～3μm激光晶体的特点和应用背景,展示了其中一些晶体的吸收和荧光光谱,讨论了这些晶体的能级结构、光谱和激光特性及器件研究进展,并认为提高效率和激光输出功率以及获得新的特征波长是今后2～7～3 μm激光晶体的主要发展方向.     

Nd∶GdVO4热常数的测量和激光性能研究

中频感应加热提拉法生长了低钕掺杂的GdVO4晶体,用机械分析仪来测量Nd∶GdVO4晶体的热膨胀系数, 沿c方向的热膨胀系数为7.42×10-6/K,而沿a方向的热膨胀系数只有1.05×10-6/K,比同比Nd0.0054Y0.9946VO4晶体样品测量结果小.差示扫描热计法测量了Nd∶GdVO4晶体的比热, 298K时为0.52J/g*K.首次用激光脉冲法测量了Nd∶GdVO4晶体的室温热导率.实验表明,Nd∶GdVO4晶体沿<001>方向的热导率数值达11.4W/m*K, 比Nd∶YAG晶体高(测得10.7W/m*K),其<100>方向的热导率为10.1W/m*K.激光实验显示在较高功率泵浦激光输出上Nd∶GdVO4晶体具有比Nd∶YVO4晶体更加优良的性能.     

大尺寸ZnGeP2晶体生长与中红外光参量振荡

采用垂直布里奇曼方法生长了ZnGeP2单晶体,晶体毛坯尺寸达φ30 mm×120mm.晶体在2.05μm吸收系数0.05cm-1,3～8 μm吸收系数0.01cm-1,光损伤阈值2.0±0.3 J/ cm2.利用2.05μm Tm,Ho:CdVO4激光器为泵浦源,脉冲重复频率10 kHz.当泵浦功率16.3 W时,3～5μm光参最振荡输出8.7 W,光-光转换效率为53;,斜率效率为64;.     

钬铥双掺氟化钇钡激光晶体的光谱性能

采用提拉法生长了钬铥双掺氟化钇钡(Ho3+∶Tm3+∶BaY2F8,Ho∶Tm:BYF)激光晶体。工艺参数:引晶温度955℃,拉速0.5 mm/h,转速5 rad/min,降温速率15℃/h。XRD分析结果表明,所生长的晶体为属于单斜晶系,C2/m空间群,并计算了晶格常数。光谱测试结果表明,最强吸收峰位于781 nm,主峰吸收截面为6.16×10-21cm2。最强发射峰位于2.06μm,半高宽约为38 nm。基于Tm3+和Ho3+能级图分析了2μm荧光发射机理,计算了主发射峰受激发射截面为4.05×10-21cm2。     

Bridgman法生长Cr∶LiCAF晶体及其闪光灯泵浦性能

本文报道了用Bridgman法生长的优质大尺寸Cr∶LiCAF晶体及其闪光灯泵浦性能研究.晶体尺寸达φ10×120mm和φ20×100mm,光学质量优良.用氙灯泵浦φ4×70mm的Cr∶LiCAF激光棒,在注入能量为137J时,获得了1.84J的能量输出,测得晶体的斜效率为2.38;,无损耗效率为4.31;.     

Nd∶YAG透明陶瓷制备与激光性能

采用化学沉淀法分步制备了分散性好、团聚少的纳米Y2O3、Nd2O3和Al2O3粉体,经球磨混合和喷雾干燥后,获得了颗粒形貌为球形、粒径在20 ～ 40 μm间的混合陶瓷粉体.粉体经成型后,采用真空烧结工艺制备出了直径为75 mm、厚度5 mm的高透明Nd∶ YAG陶瓷,其在1064 nm和400 nm处的透过率均高于80;,接近于Nd∶ YAG单晶的理论透过率.应力和干涉条纹测试结果表明,所制备的Nd∶ YAG透明陶瓷应力分布均匀,干涉条纹平直,具有良好的光学均匀性.FESEM和XRD测试结果表明,陶瓷的晶粒尺寸在10 ～ 20 μm之间,晶界干净,没有残留气孔和杂质相.对从Nd∶ YAG陶瓷圆片上选切出的3 mm×3mm×5 mm和3mm×3 mm×10mm的Nd∶ YAG激光陶瓷元件进行激光性能测试,实现了连续瓦级激光输出,在泵浦注入功率为18.6 W时,分别获得了7.78W和7.75 W激光输出,光光转换效率分别为41.8;和41.7;.     

Cr,Nd:GSAG晶体生长、光谱及LD泵浦激光性能研究

Cr,Nd:GSAG是一种性能优良的激光晶体,但是关于它的LD泵浦激光性能的研究很少.用提拉法生长了Cr,Nd:GSAG晶体,测定了它的化学成分、结构,初步测试了它的激光性能.晶体的(111)面X射线摇摆曲线半高全宽为0.055°.采用Rietveld方法精修X射线粉末衍射谱得到了Cr,Nd:GSAG晶体的原子结构参数、温度因子等.Cr,Nd:GSAG的最强吸收峰位于808.6nm处,吸收截面为3.38×10-20cm2.808nm光激发下,Cr,Nd:GSAG的最强发射峰位于1060nm,发射截面为6.04×10-20cm2,并测得激光上能级4F3/2的荧光寿命为274μs.利用808nm连续波LD泵浦实现了1060nm的激光输出,在输入功率为8.88W时,最大输出功率为0.513W,斜效率为6.73;,光-光转换效率为5.78;.此外还讨论了Cr,Nd:GSAG晶体中的Cr3+与Nd3+之间的能量传递机理.     

Cr3+:LiSrAlF6的晶体生长及其激光性能研究

采用坩埚下降法生长了Cr3+:LiSrAlF6(Cr:LiSAF)晶体.以功率为900mW,波长为488nm的单线氩离子激光泵浦6mol;的Cr:LiSAF晶体,实现了Cr:LiSAF激光器的飞秒级自锁模运转,得到了脉冲宽度为40fs,重复频率为100MHz,平均输出功率为45mW的稳定的锁模脉冲序列.用闪光灯泵浦1mol;的Cr:LiSAF激光棒,在输入能量为120J时,得到了1270mJ的激光输出,斜效率达2.27;.     

Ho3+掺杂Sc2SiO5激光晶体生长与光谱性能研究

采用提拉法分别生长了具有高光学质量的0.5at;和1.0at;的Ho∶ Sc2SiO5(Ho∶ SSO)激光晶体.研究表明晶体空间群为C2/c,晶胞参数为a=0.99723 nm,b=0.64261 nm,c=1.16843 nm,β=103.9°.Ho3+在SSO基质中的分凝系数为0.82.Ho∶ SSO晶体在2085nm处发射截面为1.12×10-20 cm2,发射光谱呈现一个1850～2150nm的宽发射带.当粒子数反转比率β=0.25时,增益截面σg即开始出现正增益.综合评估了晶体的激光性能,表明Ho∶SSO晶体是一种有潜力的2μm波段激光介质.     

RE∶YAP(RE=Nd,Tm)晶体缺陷与光谱分析

采用提拉法生长Nd∶YAP和Tm∶YAP晶体,利用吸收和荧光光谱表征样品。结果表明:经真空退火,提高了晶体质量。Nd∶YAP晶体在808 nm附近有较强的吸收,与商用激光二极管的发射波长匹配较好,获得了1064 nm荧光输出;Tm∶YAP晶体在790 nm附近有一定的吸收,在1.87μm处的荧光峰对应于3F4→3H6能级之间的跃迁,有利于激光的高能量调Q输出。     

Cr3+∶LiSr0.8Ca0.2AlF6晶体生长及其激光特性

在国内首次用提拉法成功地生长出大尺寸改性的Cr∶LiSAF晶体Cr3+∶LiSr0.8Ca0.2AlF6,晶体毛坯尺寸达25mm×130mm.测量了该晶体在室温下的吸收及发射光谱,并实现了其闪光灯泵浦条件下的激光运转.单灯泵浦最大输出能量5.2J,激光阈值35.7J.     

稀土掺杂钨酸钆钠激光晶体的生长及性能研究

采用提拉法生长出纯的和Nd3+、Tm3+、Ho3+、Dy3+、Pr3+掺杂的大尺寸优质NaGd(WO4)2 晶体.测定了晶体沿(001)和(100)方向的热膨胀系数.测定了晶体的折射率,得到了折射率的色散方程.测量了NaGd(WO4)2 晶体的拉曼光谱,对晶体的振动性能进行研究.对稀土离子掺杂的NaGd(WO4)2 晶体进行了一系列的光谱性质研究,并进行了Judd-Ofelt理论计算.Nd3+:NaGd(WO4)2和Tm3+:NaGd(WO4)2晶体在800 nm附近吸收峰的半高宽和吸收截面较大,有利于LD泵浦.测定了不同能级的荧光寿命,发现Nd3+:NaGd(WO4)2 晶体具有较高的荧光量子效率.采用氙灯闪光灯作为泵浦源,研究了Nd3+:NaGd(WO4)2晶体1060 nm的激光特性.     

Nd：GdVO4热常数的测量和激光性能研究

中频感应加热提拉法生长了低钕掺杂的GdVO4晶体,用机械分析仪来测量Nd∶GdVO4晶体的热膨胀系数, 沿c方向的热膨胀系数为7.42×10-6/K,而沿a方向的热膨胀系数只有1.05×10-6/K,比同比Nd0.0054Y0.9946VO4晶体样品测量结果小.差示扫描热计法测量了Nd∶GdVO4晶体的比热, 298K时为0.52J/g*K.首次用激光脉冲法测量了Nd∶GdVO4晶体的室温热导率.实验表明,Nd∶GdVO4晶体沿<001>方向的热导率数值达11.4W/m*K, 比Nd∶YAG晶体高(测得10.7W/m*K),其<100>方向的热导率为10.1W/m*K.激光实验显示在较高功率泵浦激光输出上Nd∶GdVO4晶体具有比Nd∶YVO4晶体更加优良的性能.     

Yb,Ho∶YAG晶体的生长及光谱性能

采用中频感应提拉法成功生长出Yb (15 at%),Ho (1 at%):YAG激光晶体,研究了室温下晶体的吸收光谱,发射光谱特性和荧光寿命.吸收光谱中在938 nm处存在Yb3+的吸收带,能与InGaAs 激光二极管(LD)有效耦合,适合激光管二极抽运.荧光光谱中存在两个荧光主峰,分别位于1907 nm和2091 nm附近.研究表明:Yb,Ho:YAG晶体是一种有发展前景的激光增益介质.     

0.5at;Yb∶YAG晶体光谱与激光性能研究

采用提拉法生长yb3+掺杂浓度为0.5at;高质量的Yb∶Y3 Al5O12(Yb∶YAG)晶体.对晶体的结晶质量、分凝系数和光谱和激光性能进行了表征.结果表明:所生长的晶体结晶质量较好,在空气中退火后晶体吸收系数略有增加,晶体中自吸收效应的影响很小,具有宽的发射带.Yb∶YAG晶体和Yb∶YAG/YAG复合晶体分别在抽运功率为7.1W和6.15W的LD抽运下,获得2.19W和1.354 W的连续激光输出,斜率效率分别为34.58;和25.9;.