GdAl3(BO3)4和Nd离子掺杂的倍频与自变频激光晶体研究

采用熔盐顶部籽晶法从K2Mo3O10-B2O3助熔剂中生长出尺寸为20 mm的优质GdAl3(BO3)4(简称GAB)和Nd3+激活的自变频激光晶体.确定了GAB晶体的透光波长范围、折射率和倍频系数随波长的变化,结果表明其在整个透光范围内均可实现相位匹配.测定了Nd3+∶GAB晶体在室温下的偏振吸收、荧光光谱和荧光寿命,进行了光谱计算,测试了晶体的自变频激光性能,实现了紫外-可见光-红外-中红外多波段激光输出.     

双掺Er~(3+)/Yb~(3+)∶Sr_3La_2(BO_3)_4晶体的生长与光谱特性

采用提拉法生长了尺寸为20mm×30mm的Er3+/Yb3+∶Sr3La2(BO3)4晶体,研究了Er3+/Yb3+∶Sr3La2(BO3)4晶体的吸收光谱和荧光光谱。根据Judd-Ofelt理论分析并计算了辐射跃迁几率、辐射寿命、荧光分支比等光谱参数,获得的唯象参数为:Ω2=15.59×10-20cm2,Ω4=2.25×10-20cm2,Ω6=1.49×10-20cm2。在Er3+/Yb3+∶Sr3La2(BO3)4晶体中Er3+在1533nm处发射跃迁截面为7.88×10-21cm2,Er3+的4I13/2→4I15/2能级跃迁的荧光寿命和辐射寿命分别为0.728ms和4.24ms,结果表明Yb3+对Er3+有敏化作用,提高了对泵浦光的吸收能力,Er3+/Yb3+∶Sr3La2(BO3)4晶体可望作为1.55μm波段的一种有潜力的激光材料。     

Y0.145Gd0.855Ca4O(BO3)3混晶的晶体生长和压电、热膨胀性能

利用提拉法成功生长出了Y0.145Gd0.855Ca4O(BO3)3(Y0.145Gd0.855COB)混晶.对其压电系数和热膨胀系数进行了测量,测得压电系数d26为9 pC/N,计算得到热膨胀系数α11,α22 α33分别为12.97×10-6/℃,5.94×10-6/℃,8.03×10-6/℃.通过与YCa4O(BO3)3和GdCa4O(BO3)3晶体的对比,分析了Re3+半径和Re3+、Ca2+的无序分布对于Y0.145 Gd0.855COB混晶的压电性能和热膨胀性能的影响.     

Yb3+: Sr3Gd(BO3)3激光晶体的生长和光谱特性

采用提拉法(Czochralski)生长出了掺Yb3+的Sr3Gd(BO3)3晶体,晶体尺寸达到:25 mm×30 mm.测量了Yb3+: Sr3Gd(BO3)3晶体的吸收谱、荧光谱以及荧光寿命.Yb3+: Sr3Gd(BO3)3晶体在975 nm有一半峰宽为7 nm的强吸收峰,π谱的吸收跃迁截面σa=7.28×10-21 cm2,在1040 nm的发射跃迁截面σe=1.43×10-21 cm2.辐射寿命为1.46 ms, Yb3+浓度为13 at;时的荧光寿命f=2.14 ms,Yb3+浓度为0.5 at;时的荧光寿命f=1.21 ms.     

Nd~(3+)掺杂的Sr_3Y_2(BO_3)_4晶体光谱特性研究

采用提拉法生长出25mm×40mm的Nd3+∶Sr3Y2(BO3)4晶体,测试了该晶体的吸收光谱、荧光光谱及荧光寿命。结果表明:Nd3+∶Sr3Y2(BO3)4晶体在807nm附近有最强的吸收峰,其半峰宽(FWHM)为16nm,宽的吸收半峰宽适合于LD泵浦;从荧光光谱得到发射波长分别为910.8nm、1065.2nm和1399nm的荧光峰。根据吸收和荧光光谱,计算了晶体的吸收截面和发射截面。采用J-O理论计算了Nd3+在Sr3Y2(BO3)4中的强度参数、各能级的振子强度、自发辐射几率、荧光分支比等参数。计算结果表明,其强度参数Ω2=3.816×10-20cm2,Ω4=10.895×10-20cm2,Ω6=12.44×10-20cm2,辐射寿命为104μs,量子效率η=49.7%,荧光分支比β1(0.88μm)=0.429,β2(1.06μm)=0.461,β3(1.35μm)=0.107,β4(1.88μm)=0.003。     

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.     

钒酸盐系列激光晶体制备和性能研究

用提拉法生长了Nd∶YVO4, Nd∶GdVO4,Nd∶GdxLa1-xVO4(x=0.8, 0.6, 0.45)系列晶体,对影响晶体质量的因素进行了分析,测量了几种晶体的结构和晶胞常数;测量了Nd∶YVO4, Nd∶GdVO4, Nd∶Gd0.8La0.2VO4和Nd∶Gd0.6La0.4VO4晶体的室温吸收谱和荧光谱,用LD泵浦Nd∶YVO4, Nd∶GdVO4, Nd∶Gd0.8La0.2VO4晶体,实现了1.06μm和1.34μm的激光输出.     

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.     

Nd3+:LiLa(MoO4)2晶体生长、光谱和激光特性

本论文报道了Nd3+:LiLa(MoO4)2晶体生长、光谱和激光特性.采用提拉法生长出尺寸为φ20×34mm3的Nd+3+:LiLa(MoO4)2晶体.应用Judd-Ofelt理论计算了Nd3+离子在Nd3+:LiLa(MoO4)2晶体中唯象强度、自发发射跃迁几率、荧光分支比、辐射跃迁寿命和荧光量子效率.Nd3+:LiLa(MoO4)2晶体的偏振吸收跃迁截面分别为9.52×10-20cm2(π-偏振)和4.46×10-20cm2(σ-偏振).它的偏振发射跃迁截面分别为0.67×10-19cm2(σ-偏振)和1.02×10-19cm2(σ-偏振).在氙灯泵浦下,获得74.4mJ的1.06μm的激光输出,激光阈值为0.676J,激光总效率和斜率效率分别为0.39;和0.48;.     

Nd~(3 )∶Sr_3Ga_2Ge_4O_(14)晶体的生长及吸收光谱

采用坩埚下降法生长了Nd3 掺杂浓度分别为 15 %、8%和 2 .5 %原子分数的Sr3 Ga2 Ge4O14 晶体 ,所得晶体最大尺寸为2 6mm× 15mm。Nd3 掺杂Sr3 Ga2 Ge4O14 晶体的特征吸收峰波长为 80 6nm ,与Nd3 离子在YAG中的特征吸收峰相比 ,向短波方向发生了微小的偏离。这是Sr3 Ga2 Ge4O14 晶格中Ga3 和Ge4 的统计分布所致。Nd3 ∶SGG晶体的这些特性将有助于泵浦效率的提高和泵浦阈值的降低 ,因此Nd3 ∶SGG晶体有望成为一种新型的LD泵浦固体激光材料。     

Nd3+:Sr3Ga2Ge4O14晶体的生长及吸收光谱

采用坩埚下降法生长了Nd3+掺杂浓度分别为15;、8;和2.5;原子分数的Sr3Ga2Ge4O14晶体,所得晶体最大尺寸为φ26mm×15mm.Nd3+掺杂Sr3Ga2Ge4O14晶体的特征吸收峰波长为806nm,与Nd3+离子在YAG中的特征吸收峰相比,向短波方向发生了微小的偏离.这是Sr3Ga2Ge4O14晶格中Ga3+和Ge4+的统计分布所致.Nd3+:SGG晶体的这些特性将有助于泵浦效率的提高和泵浦阈值的降低,因此Nd3+:SGG晶体有望成为一种新型的LD泵浦固体激光材料.     

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;.     

Nd3+:d3Ga5O12晶体的室温吸收光谱和荧光光谱

用提拉法生长了掺钕的钆镓石榴石(Nd3+:GG)激光晶体.研究了室温下的吸收光谱和荧光光谱性质,分析了Nd3+:GG晶体4F3/2→4I11/2能级跃迁与1.06μm附近的荧光谱线之间的关系.吸收系数、发射系数、荧光寿命分别是4.32×10-20 cm-2,2.3×10-19cm-2, 240μs, 比较了Nd3+∶GGG 和 Nd3+∶YAG 的物理参数,实验表明:d3+∶GGG较Nd3+∶YAG有一系列的优点.     

Er∶Yb∶YCOB晶体制备及其激光二极管抽运激光特性

研究了Er∶Yb∶YCa4O(BO3)3(简称Er∶Yb∶YCOB)的多晶制备和单晶生长,用提拉法生长出光学质量优良的Er∶Yb∶YCOB单晶,测量了其吸收光谱和荧光光谱,分析了其能级和泵浦原理,并进行了以激光二极管为抽运源的激光试验,实现了Er∶Yb∶YCOB晶体的在1.55μm附近110mW的激光输出,且斜效率达18.9;.     

Nd3+:Na3La9O3(BO3)8晶体生长和光谱性能

采用顶部籽晶法生长Nd3+:Na3La9O3(BO3)8 晶体.在室温下测试了吸收光谱、发射光谱和荧光寿命.应用Judd-Ofelt理论评价了Nd3+:Na3La9O3(BO3)8晶体的光谱性能.812 nm处较宽的吸收峰适合AlGaAs LD泵浦的吸收.分别计算了Nd3+离子的唯象强度、谱线强度、辐射寿命、荧光分支比和荧光量子效率.     

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.     

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.     

Co2+,Er3+:Y3Al5O12晶体的生长及其吸收特性

应用中频感应提拉法成功生长出新型的Co2+,Er3+:Y3Al5O12晶体.研究了室温下晶体的吸收光谱性能.结合Er3+:Y3Al5O12晶体的光谱,并利用调Q判据对Co2+,Er3+:Y3Al5O12晶体调Q特性进行了简单的分析.结果表明Co2+,Er3+:YAG晶体是一种很有潜力的自调Q激光晶体.     

非线性光学材料NaBa4Al2B8O18Cl3的固相合成与晶体生长

本文采用高温固相反应法在800℃合成了NaBa4Al2B8O18Cl3多晶粉末,探索了生长NaBa4Al2B8O18Cl3晶体的助熔剂,采用顶部籽晶技术分别以NaF和LiCl作助熔剂成功生长出NaBa4Al2B8O18Cl3透明晶体,晶体最大尺寸为22mm×22mm×15mm.粉末倍频测试测得NaBa4Al2B8O18Cl3晶体的粉末倍频强度为KDP的0.5～1.0倍.     

大尺寸优质激光晶体Nd3+/Yb3+∶NaY(WO4)2的生长和性能研究

采用提拉法生长了尺寸为φ25 mm×100 mm的大尺寸Nd3+与Yb3+掺杂的NaY(WO4)2晶体.对晶体的生长习性进行了讨论,利用XRD对晶体进行了相分析.测试了晶体的热膨胀特性,得到了主轴方向的热膨胀系数,测得沿c轴的膨胀系数大约为a轴的两倍.在室温下测试了Yb3掺杂的NaY( WO4)2晶体的吸收谱、荧光光谱和相关能级的荧光衰减,用标准与改进的J-O理论分析了吸收光谱与荧光光谱.结果表明,Yb3+掺杂的NaY( WO4)2晶体有着较好的光谱性能参数.采用氙灯泵浦Nd3+掺杂的NaY( WO4)2,实现了1.06 μm波段786 mJ的激光输出,同时在LD泵浦下,采用LBO晶体倍频,实现了87 mW的激光输出,基频光光转换效率为25;,斜率效率为7.98;.