提拉法生长直径10英寸优质Yb∶YAG激光晶体

设计制作了直径10英寸Yb∶YAG激光晶体生长热场,改进了单晶炉称重与旋转系统结构,采用感应加热熔体提拉法结合上称重自动控径技术,成功生长出了直径252 mm、等径长近260 mm的完整Yb∶YAG晶体,晶坯外观完整,无开裂。在5 mW绿光激光和20 mW He-Ne激光照射下检测,晶坯整体无散射。经检测性抛光后,晶坯选材扇区内光学均匀性较好,应力分布均匀。选择口径为152 mm×11.5 mm、长为260 mm的板条区域进行测试,透过波前畸变为0.29λ/inch@633 nm,表明晶坯具有良好的光学质量,可以选切加工宽度达到150 mm的大尺寸晶体板条元件。     

大尺寸Nd,Ce∶YAG激光晶体的生长及缺陷研究

双掺Nd,Ce∶YAG晶体相比传统的Nd∶YAG具有输出能量高、激光振荡阈值低的优点。近几年高能效固体激光器的发展对大尺寸、高质量Nd,Ce∶YAG晶体的需求越来越大。采用提拉法生长大尺寸Nd,Ce∶YAG时,极易出现包裹物和开裂缺陷。本文通过理论与实践相结合的方式分析了晶体在生长过程中产生缺陷的原因,并提出了解决办法,成功生长出直径ø50 mm等径长150 mm的高质量Nd,Ce∶YAG单晶。本研究可为批量化生长大尺寸Nd,Ce∶YAG晶体的质量改进提供方向和指导。     

温梯法生长大尺寸Yb∶YAG晶体

应用温梯法生长出直径为76mm的Yb∶YAG晶体.运用ICP-AES测定了Yb3+离子在Yb∶YAG晶体中的分凝系数约为1.1.室温下,测定了晶体在190～1200nm之间的吸收光谱,发现了吸收峰中未知的色心吸收,色心的形成机制有待于进一步研究.     

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;.     

掺Yb3+钇铝石榴石晶体的生长和性能研究

用提拉法生长出φ40×190mm3的掺Yb3+钇铝石榴石(Yb∶YAG)晶体,摸索出了合适的温场系统、生长工艺和热处理条件.通过测量Yb∶YAG晶体在939nm处的透过率得出了其吸收系数与原始掺杂浓度之间的关系.所生长Yb∶YAG晶体的光-光转换效率为38.6;,斜率效率达55.1;.     

高质量Yb3+∶CS-FAP激光晶体的生长

本文进行了Yb3+∶FAP与Yb3+∶YAG的对比分析,指出了在激光核聚变领域中Yb3+∶FAP是很有希望的增益介质,针对Yb3+∶FAP吸收光谱宽度很小(4nm)对泵浦源要求苛刻,采用Yb3+∶CS-FAP即以部分Sr2+代替Ca2+造成Yb3+周围环境多样性增加、增加谱宽.参考分析了Ca3(PO4)2-CaF2体系的相图,推测出生长CS-FAP晶体的配料区间,给出了生长晶体的原料制备方法,采用氮气流动、白宝石片封闭保温罩的观察孔和观察窗上贴石英片相结合有效地缓解了在晶体生长过程中组分挥发、开裂、以及氟化物腐蚀窗口等一系列问题.生长工艺参数为:提拉速度1～3mm/h,旋转速度10～20r/min,在流量为20ml/min的流动N2中生长,采用尺寸为60×40mm的Ir坩埚进行生长,线圈尺寸为内径130mm×130mm×8圈,外径155mm×95mm×6圈.得到了尺寸为10mm×20mm的高质量晶体.用X射线粉末衍射分析证明所生长的晶体结构正确.     

Yb3+在YAG中的哈密顿参数计算

由吸收和发射光谱确定了提拉法生长的(29.52at;) Yb∶ YAG晶体的Yb3+能级,由叠加模型拟合了它的旋轨耦合参数、内禀晶体场参数Bk(k=2,4,6),然后以Bk得到的晶体场参数作为初始参数拟合了Yb3+的晶场能级,从而获得了它的晶体场参数Bqk,拟合误差为2 cm-1.所得的哈密顿参数可用于计算Yb∶ YAG的波函数,以进一步分析它的发光或激光微观机理.     

提拉法与温梯法Yb:YAG晶体性能的比较

采用提拉法和温梯法生长出掺杂浓度为5;原子分数的Yb∶YAG激光晶体,比较了两种不同生长方式的晶体在晶胞参数、Yb离子纵向分布以及吸收光谱上的差异,发现温梯法生长对晶体晶胞结构影响较少,但是Yb离子纵向分布相差较大.指出提拉法生长的晶体在256nm处的弱吸收是由于Fe3+引起的.     

提拉法与温梯法Yb∶YAG晶体性能的比较

采用提拉法和温梯法生长出掺杂浓度为 5 %原子分数的Yb∶YAG激光晶体 ,比较了两种不同生长方式的晶体在晶胞参数、Yb离子纵向分布以及吸收光谱上的差异 ,发现温梯法生长对晶体晶胞结构影响较少 ,但是Yb离子纵向分布相差较大。指出提拉法生长的晶体在 2 5 6nm处的弱吸收是由于Fe3 + 引起的。     

Yb∶YAG晶体的生长缺陷及位错走向

用同步辐射透射白光形貌相和应力双折射法研究了沿<111>方向生长的Yb∶YAG晶体的生长缺陷、晶体中的位错起源和走向.Yb∶YAG晶体中的生长缺陷主要有:生长条纹、核心和位错等.晶体中的位错主要起源于籽晶、杂质粒子以及生长初期的晶种和固液界面处位错成核.位错的走向垂直于生长界面,符合能量最低原理.采用凸界面生长工艺可以有效的消除晶体中的位错.     

微下拉晶体光纤生长设备研制及YAG单晶生长

介绍了一种新型单晶生长技术(微下拉:micro-pulling-down),并概述了该方法在Nd∶ YAG单晶光纤生长方面的应用及发展.率先在国内开展了微下拉单晶生长炉的研制工作,填补了该领域的空白.同时,生长了直径3mm,长度100 mm、300 mm的Nd∶ YAG单晶,晶体整体透明、内部无散射点,表现出了良好的单晶性,有望作为激光工作物质使用.     

温梯法生长大尺寸Yb：YAG晶体

应用温梯法生长出直径为76mm的Yb：YAG晶体。运用ICP-AES测定了Yb^3 离子在Yb：YAG晶体中的分凝系数约为1．1。室温下，测定了晶体在190～1200nm之间的吸收光谱，发现了吸收峰中未知的色心吸收，色心的形成机制有待于进一步研究。     

不同Yb掺质浓度的Yb:Y3Al5O12晶体激光性能的比较

采用提拉法生长了Yb3+掺质浓度为5;原子分数、 50;原子分数和100;原子分数的Yb:Y3Al5O12(Yb: YAG)晶体,系统地分析了不同Yb3+掺质浓度晶体的吸收光谱和荧光光谱.从吸收峰和吸收系数可以看出采用940nm LD泵浦三种不同浓度的Yb:YAG晶体都比较合适.随着Yb3+离子掺质浓度的增高,晶体中出现的自吸收现象越为明显.通过对三种不同Yb掺质浓度晶体激光性能参数的计算,得出高掺质浓度Yb:YAG和YbAG晶体是有前景的激光增益介质.     

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.     

提拉法生长的5at; Yb∶GdTaO4晶体的结构和光谱性能分析

使用提拉法成功生长出了尺寸为φ25 mm× 50 mm的5at; Yb∶ GdTaO4晶体.通过X射线衍射确定了晶体的结构,并拟合得到了晶体的结构参数,分析了GdTaO4晶体容易产生解理和开裂的原因.测量了它的吸收光谱以及低温和常温的光致发光光谱,计算得到了5at;Yb∶GdTaO4晶体吸收截面和受激发射截面,并综合评估了晶体的激光性能.结果表明:5at; Yb∶ GdTaO4晶体是非常有希望实现全固态超短脉冲的工作物质.     

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.     

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.     

Ce∶LuAG闪烁晶体的生长研究

Ce∶LuAG晶体是一种性能优良的闪烁材料,但采用提拉法生长Ce∶LuAG时,经常出现开裂和包裹物缺陷。本文通过理论与实践相结合的方式分析了温度梯度、提拉速度、晶体旋转速度和热应变等因素对晶体产生缺陷的影响,并提出了解决办法,给出了适合生长优质Ce∶LuAG晶体的工艺参数:熔体上方温度梯度在5 ℃/mm左右,放肩角度在30°~60°,提拉速度1.0~1.5 mm/h,晶体旋转速度15~25 r/min。最后成功生长出直径30 mm、等径长50 mm质量较为完好的Ce∶LuAG单晶,晶体内核心面积小。     

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。     

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.