新型Q开关晶体Cr^4＋：YAG的生长和退火研究

采用二阶Ca离子作为电荷补偿离子由提拉法生长出了具有高光学质量的调Q开关晶体Cr^4 :YAG并对该晶体进行了退火研究。吸收光谱测量表明原生态晶体中已有少量Cr^4 离子存在。晶体经空气中退火后Cr^4 离子浓度和1.06μm处的吸收系数均显著提高，晶体生长和退火实验显示出晶体中Cr^4 离子的浓度不仅取决于掺杂的Cr^3 离子的浓度，而且同晶体中的Ca/Cr浓度比密切相关。     

Cr4+,Yb3+:YAG晶体的生长及其吸收特性

用提拉法生长了Cr,Yb:YAG晶体,研究了在室温的吸收光谱特性以及氧化性气氛退火对其吸收特性的影响.在室温吸收光谱中存在着五大吸收带:在440nm和605nm存在着Cr3+离子的两个吸收带,而且退火使其发生了明显的"红移";在937nm和968nm处存在Yb3+离子的两个吸收带,能与InGaAs激光二极管(LD)有效耦合,适合激光二极管泵浦;而且在1.03μm处有一Cr4+离子的吸收峰,可用作可饱和吸收体,从而可以实现对Yb3+的自调Q激光输出.在氧化性气氛下退火对晶体吸收特性及缺陷的影响是:退火使晶体的缺陷明显减少而且使Cr4+浓度得到进一步的增加;Cr4+离子浓度的增加主要是由于二价阳离子Ca2+进入相应的Y3+晶格所造成.并且从晶格场的角度讨论了退火使Cr3+离子的吸收带发生"红移"的原因.     

Ca2+离子对Y3+∶PbWO4晶体辐照硬度的影响

与其它三价稀土离子(La3+、Lu3+等)掺杂相比较,Y3+的掺杂表现出特殊的低剂量辐照行为:光产额辐照后升高,同时伴随着晶体在380nm～500nm波段透过率的变化,并且辐照硬度对退火温度较敏感.以往认为光输出升高的幅度是晶体顶端大于晶体晶种端,因此推测该现象与晶体中有效分凝系数小于1的Na+、K+和Si4+等杂质有关.本文对全尺寸晶体的顶端、中段和晶种端的分段晶体测试了退火温度对晶体透过率和辐照硬度的影响,结果发现:辐照后光产额升高的现象同时存在于晶体的晶种端和晶体顶端;在一定条件下辐照后光产额升高的幅度是晶体晶种端大于晶体顶端,结合我们铅空位补偿型掺杂剂的实验结果,初步推断这可能是由于Ca2+离子含量较高而引起Y3+离子电荷补偿方式的改变.     

Yb3+:YVO4晶体的生长及光谱性能研究

采用提拉法生长出光学质量优良的Yb3+:YVO4晶体,研究生长过程中工艺参数的控制.测得掺杂浓度为18.1;Yb3+:YVO4晶体中Yb3+离子的有效分凝系数Keff为0.96.测定了不同Yb3+离子掺杂浓度晶体的吸收光谱和荧光光谱,并分别计算了不同掺杂浓度下Yb3+:YVO4晶体的光谱参数.本文总结和解释了掺杂浓度影响其性能的规律,讨论了Yb3+:YVO4晶体作为激光晶体的优点.     

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190～900nm之间的吸收光谱及1000～4500cm-1范围内退火前后的红外吸收谱.测试结果表明,退火后3365cm-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.     

退火对Nd,Cr:GSGG激光晶体吸收光谱的影响

本文应用吸收光谱法,对提拉法生长的Nd,Cr:GSGG晶体在不同气氛下退火后的光谱变化进行了研究.氧化气氛下退火后的吸收光谱中,在1μm处出现了由于晶体中存在Cr4+离子所引起的两个吸收带,被称为1μm吸收损失.还原气氛(CO和H2)下退火后的吸收光谱中,在1μm处的吸收带基本消失,这对于提高激光效率是非常有利的.此外,在642nm处的吸收带强度有一定的减弱.这些数据对于晶体后处理工艺的改进和激光器设计具有重要的参考价值.     

Cr3+:BeAl2O4单晶的特性及生长工艺的改进

描述了掺Cr3+离子的紫翠宝石(Cr3+:BeAl2O4)单晶的晶体结构、物理性质、晶体的吸收光谱与发射光谱及其激光特性.讨论了用引上法生长Cr3+:BeAl2O4晶体的一些工艺问题中.引上法晶体生长过程中选用较慢的提拉速度、较快的转速和生长较大直径的晶体的工艺参数,能够生长出高质量的Cr3+:BeAl2O4单晶体.我们的实验表明,采用温梯法也能生长出高质量的Cr3+:BeAl2O4单晶.与提拉法相比,温梯法减少了原料对环境的污染;易于实现自动温度程序控制;对缺少自然对流的熔体有相当好的适用性.     

Cr~(4+)∶Ca_2GeO_4多晶料的合成与表征

采用固相法合成Cr4+∶Ca2GeO4晶体原料,通过XRD分析确定了合成Cr4+∶Ca2GeO4多晶料的最佳温度,计算了Cr4+∶Ca2GeO4多晶料的晶格参数。XPS和荧光光谱分析表明多晶料中含有Cr4+。Cr4+∶Ca2GeO4多晶料具有宽的室温荧光光谱,光谱范围为1000~1600 nm,最强荧光发射峰位于1257 nm,这是Cr4+的3T2→3A2能级跃迁导致的荧光发射。     

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.     

Sr2+对GdVO4晶体生长和拉曼性能的影响

本文报道了Sr2+离子掺杂对GdVO4晶体生长和拉曼性能的影响.SrxGd1-xVO4晶体粉末经X射线粉末衍射分析,其结果仍属四方晶系,具有锆英石结构.实验表明,高掺杂浓度时,Sr2+离子不易取代Gd3+离子进入GdVO4晶体的晶格,易导致SrxGd1-xVO4晶体开裂和产生包裹体.XPS实验证明,SrxGd1-xVO4晶体中钒元素为+5价.同时测试了常温下SrxGd1-xVO4晶体的拉曼光谱,发现随着Sr2+离子浓度增加,在884cm-1处的VO4反对称伸缩振动逐渐增强,表明Sr2+离子的掺入影响了GdVO4晶体的拉曼性能.     

(Yb3+,Nd3+):Ca3(VO4)2晶体的电荷补偿与分凝系数的关系

讨论了Ca3(VO4)2晶体中由于三价的Yb3+离子和Nd3+离子代替二价的Ca2+离子带来的电价不平衡问题,采用了3种电价补偿方法,即阳离子空位电价平衡方法、四价阳离子替代五价V5+离子补偿电价方法和直接填充法.采用ICP-AES法测量了不同电荷平衡方式下的各离子浓度,估算了3种电荷平衡方式下的有效分凝系数:空位方式Nd3+的分凝系数为1.20在添加方式下的分凝系数为0.92;Yb3+分凝系数在空位方式下为1.04在四价阳离子补偿方式下为1.02.     

温梯法大尺寸红宝石晶体的研究

用温梯法生长出直径为76mm的红宝石晶体,用偏光显微镜观察了夹杂物的形状和分布规律,进一步用电子探针分析了夹杂物成分,并用吸收光谱分析了Cr3+的浓度分布规律.结果表明:夹杂物呈漏斗状的分布,晶体中部和末端纯度较高;Cr3+在晶体中的浓度呈有规律的分布,随着生长的进行,Cr3+的浓度沿径向和生长轴的方向都逐渐增加.     

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。     

Cs+:RbTiOPO4晶体的铁电相变和电导特性

在二元体系RbTiOPO4-CsTiPO5中通过助熔剂法生长出不同Cs+掺杂浓度的Cs+:RbTiOPO4晶体,X射线粉末衍射确定所获晶体的物相为斜方晶系Pna21型,研究了晶体的铁电相变及离子电导等物理性质,发现该类晶体具有典型的铁电体二次相变特征.     

高压与掺杂对KDP晶体能带结构的影响

构建了高压条件下KDP晶体的原子结构模型和掺杂有Li+、Na+、Rb+、Cs+、Be2、Mg2+、Ca2+、Cr3+、Co2+、Cu2+、Al3+、La3+等12种阳离子的KDP晶体超级原胞结构模型,采用第一性原理计算了高压下的KDP晶体的能带结构和态密度,研究了替位式掺杂的形成能以及不同掺杂离子对电子结构的影响.结果表明:KDP晶体的带隙宽度随着压强的增加呈线性增长趋势;Co2+、Cu2+、La3+等重金属离子具有较低的掺杂形成能而易于形成替位式掺杂;碱金属离子掺杂后其带隙比二价离子和三价离子替位掺杂情形大得多,且随原子序数增大而增大.文章还依据能带理论构建了材料的电导率和热导率与带隙的关联式,分析讨论了高压和掺杂对KDP晶体热导率和激光损伤的影响.     

稀土离子掺杂钨酸铅晶体中的间隙氧

本实验使用激光选择激发和发射技术,对Eu3+掺杂(0.01;原子分数)的钨酸铅晶体进行了发光表征和研究,对原生态的PbWO4:Eu3+0.01;原子分数晶体,在空气气氛中分别进行了不同温度下的退火处理.在不同退火的样品中,Eu3+离子的5Do→7Fo激发光谱、5Do→FJ(J=1,2,3,4)发射光谱、发光衰减及其荧光寿命具有不同的特征.Eu3+离子的7Fo和5Do态都是单态,不会发生分裂,对应于7Fo→5Do激发跃迁的数目,就是Eu3+离子在晶格中的晶体学位置.实验证实了在Eu3+掺杂钨酸铅晶体之中,主要的电荷补偿机制是来自[(Eupb3+).-V"Pb-(Eupb3+).],在低温空气条件下退火产生间隙氧,产生新的电荷补偿[(Eupb3+).-O"i-(Eupb3+).].     

氟化铅晶体中300nm光吸收带的起因

在PbF2晶体的透射光谱中常存在一个300nm光吸收带,其特征是吸收强度从结晶开始端向结晶结束端递减.利用原子吸收光谱分析(AAS),发现具有300nm光吸收带的晶体含有比较多的杂质离子Ca和Ba,但根据掺杂实验及其它氟化物晶体中存在的类似吸收现象,排除了Ca和Ba是造成这一吸收现象的原因,而是认为Ce3+离子杂质的4f→5d跃迁是造成该吸收带的原因.氟化铅晶体中的微量Ce3+离子杂质来源于生产HF时所使用的天然矿物CaF2.通过对HF这一制备PbF2原料的高度提纯可以有效地消除晶体中的300nm吸收带.     

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.     

Co2+:BeAl2O4晶体的提拉法生长及光谱特性

应用提拉法,采用合适的化学组分配比和化料过程、以及选用适宜的固液界面温度梯度与生长速度等优化工艺条件,成功地生长出了初始Co2+离子掺杂浓度为0.15mol;、尺寸φ48×85mm2的优质Co2+:BeAl2O4晶体.测定了晶体的吸收光谱,观测到496与 640nm二个主要吸收带,它们分别归属于八面体配位中Co2+的T1(4F)→4T1(4P)跃迁与四面体配位中Co2+的A2(4F)→4T1(4P)跃迁.从晶体的吸收光谱与呈现的粉红色颜色特征可推断大多数的Co2+离子取代BeAl2O4晶体中的Al3+,形成Co2+离子的八面体格位.研究了不同光波长激发下,晶体在可见光波段的荧光特征,观测到678nm波段的荧光发射,这归属于四面体格位中Co2+的电子从4T1(4P)到4A2(4F) 能级的跃迁.     

LiTaO3:Cr3+晶体中Cr3+离子占位及其EPR参量的理论研究

利用Racah不可约张量算符法和Winger定理,建立了d3(C*3v)电子组态的能量矩阵及其全组态EPR理论;借助Newman的叠加晶场模型和自旋哈密顿理论,研究了EPR参量与LiTaO3:Cr3+晶体结构参数之间的定量关系.在此基础上,研究了LiTaO3:Cr3+的EPR参量及其电子光谱,理论与观测一致.定量研究表明:LiTaO3:Cr3+晶体中,Cr3+离子取代了Ta5+离子而不是Li+离子.