高质量GdxY1—xCOB晶体生长及其1．064μm二、三倍频非临界相位匹配性质

本文介绍了高质量非线性光学晶体GdxY1-xCa4O(BO3)3(GdYCOB)的生长,在这类晶体的Y向实现了1．064μm激光的Ⅱ类二倍频（SHG）和Ⅰ类三倍频（THG）的非临界相位匹配（NCPM）;在x=0.20的晶体中实现倍频NCPM,基频输入功率为110mW时,输出的532nm绿光为40.3mW,转换效率达36．7％,在x=0.22的晶体中实现三倍频的NCPM,输入功率为133mW时,输出的355nm紫外光为19.7mW,在输入功率为80mW时,转换效率为21％。     

GdAl3（BO3）4及其Yb^3＋激活激光晶体的研究

采用顶部籽晶法从K2Mo3O10-B2O3助熔剂体系中生长出尺寸达到20 mm的GdAl3(BO3)4(简称GAB)和Yb3 激活的晶体.测试了GAB晶体的<100>和(001)轴向热膨胀系数,确定了透光波长范围,计算了有效倍频系数和相位匹配角随波长的变化,结果表明GAB晶体在整个透光范围内均可实现相位匹配.测定了Yb3 :GAB晶体在室温下的偏振吸收和荧光光谱,进行了光谱计算,测试了晶体的激光性能,在1046 nm处实现了2.1 W激光输出,斜率效率达到58%.     

K3B6O10Br非线性光学晶体的生长及性质研究

采用顶部籽晶法,KF.2H2O-PbO复合助熔剂生长K3B6O10Br晶体,获得了18 mm×18 mm×10 mm尺寸的单晶。K3B6O10Br紫外透过截止边约为210 nm,粉末倍频效应为3倍KDP,利用德拜公式计算了阴离子基团的偶极矩。采用直角棱镜法测试了晶体折射率并拟合了Sellmeier方程。计算及实验表明,K3B6O10Br能够实现532 nm及355 nm倍频输出。对晶体的激光损伤阈值、硬度及潮解性进行了测试。     

掺杂BaAlBO3F2晶体的生长及性能研究

本文通过对BaAlBO3F2(BABF)晶体进行掺杂以增加晶体的双折射率,从而使BABF晶体的最短直接倍频波长紫移,拓宽其应用波段.研究发现Ga掺杂能够使BABF晶体的最短直接倍频波长从273 nm紫移至259.5 nm理论上能够实现四倍频(266 nm)激光输出.采用优化的B2O3-LiF-NaF助熔剂体系,通过中部籽晶法生长出尺寸为25 mm×20 mm×10 mm的Ba(Al,Ga) BO3F2晶体.对该晶体的透过光谱、光学均匀性、弱吸收、倍频匹配曲线、粉末倍频效应和激光损伤阈值的性能进行了表征,结果显示了该晶体在紫外波段激光输出的潜能.     

CLBO晶体和频产生深紫外激光的理论计算与实验结果

本文介绍了深紫外非线性光学晶体CLBO的光学特性,推导出了CLBO晶体和频时的相位匹配角、有效非线性系数、走离角、允许角宽度和允许温度范围的公式,并进行了详细计算.根据计算结果可知,CLBO晶体和频可以实现深紫外激光的有效输出,并且具有大的有效非线性系数、小的走离角、大的允许角宽度和允许温度范围.由此设计了1064 nm近红外激光和238.7 nm 紫外激光通过CLBO晶体和频产生195 nm深紫外激光的系统方案,并在实验中实现了平均功率217 μW、重复频率10 Hz的195 nm 激光的稳定运转.     

CLBO单晶生长及性能研究

CsLiB₆O₁₀(简称CLBO)是一种性能优良的紫外非线性光学晶体,特别适用于四倍频(266 nm)和五倍频(210 nm)的紫外大功率激光。本文采用顶部籽晶法成功生长出尺寸为120 mm×112 mm×62 mm的CLBO晶体,晶体外观完整,无开裂、散射等宏观缺陷。由该晶体切出五倍频CLBO晶体元件,对其进行了紫外-可见-近红外透过率、光学均匀性、弱吸收性能表征,结果显示,210～1 800 nm的平均透过率超过90%,光学均匀性为3.8×10^-5,1 064 nm弱吸收为90×10^-6 cm^-1,表明该晶体紫外区透过率良好,光学均匀性高,弱吸收低,为后续相关激光应用研究奠定了基础。     

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.     

CsSbSO4F2晶体的光学特性研究

通过溶液法合成了一种非中心结构长条状的CsSbSO₄F₂晶体.其晶体结构属于空间群Pna2₁,结构中[SbO₂F₂]与[SO₄]多面体共顶点连接形成了一维链状结构,Cs⁺填充在长链之间维持电荷平衡.利用Kurtz-Perry方法对晶体进行粉末倍频测试,表明CsSbSO₄F₂属于可相位匹配的物质,其倍频效应约为KH₂PO₄的0.65倍.紫外-可见光-近红外漫反射光谱显示,该物质的截止波长为233 nm.光学性能测试表明,CsSbSO₄F₂在紫外区域有潜在应用.     

助熔剂法生长非线性光学晶体Cd3Zn3B4O12及其性质研究

本文以PbO-0.25B2O3为助熔剂,利用顶部籽晶法获得了较大块的Cd3Zn3B4O12单晶.透过率测试结果显示该晶体的紫外截止波长位于310 nm处.利用Kurtz-Perry的方法对晶体的倍频效应进行了测试,结果显示该晶体的粉末倍频效应约为KDP的5倍,且能实现相位匹配.晶体的光损伤阈值约为840 MW(1064 nm,10 ns).该晶体的热分析结果显示Cd3Zn3B4O12晶体在熔点温度以上会产生分解,这也是阻碍高质量大块Cd3Zn3B4O12晶体生长最主要的因素.     

碳酸钙镁石家族非线性光学晶体研究进展

自倍频晶体是将激光和非线性光学效应集于一体的一类晶体,可以实现波长变换、调幅、开关、记忆等功能,被广泛应用于光电子、光通信、激光等领域。然而现有的Nd∶LiNbO₃(Nd∶LN)、Nd∶Na₃La₉O₃(BO₃)₈(Nd∶NLBO)、Nd∶La₂CaB₁₀O₁₉(Nd∶LCB)等晶体由于固有的光折变效应、二次谐波(SHG)输出功率低、光学均匀性差等缺点限制了其进一步的应用,发展新的激光自倍频晶体具有重要的意义和价值。碳酸钙镁石家族硼酸盐晶体由于具有较大的非线性光学(NLO)系数、不易潮解、优异的光学性能和机械性能等优点,近几十年来成为人们重点研究的对象。本文从晶体结构、生长方法、性能、发展趋势等方面,着重介绍了碳酸钙镁石家族REM₃(BO₃)₄(RE为稀土元素La-Lu和Y;M为Al,Ga,Sc)和La_xRE_ySc_z(BO₃)₄(RE=Gd,Y,Nd,Lu,Sm,Tb;x+y+z=3)共取代型硼酸盐非线性光学晶体。对比了不同助熔剂、气氛、方法生长的晶体的紫外(UV)截止边、光学性能、非线性性能的差异。通过改善生长工艺,进行元素掺杂等可以得到光学性能良好、非线性性能显著、有广泛市场应用前景的自倍频(SFD)晶体。     

基于级联PPMgLN晶体的双倍/三倍频双波长激光器

本文演示了紧凑的绿色和近红外双色连续波激光光源,其发射波长分别为516 nm和775 nm。设计并制造了级联的周期性极化掺镁铌酸锂晶体,用于同时转换通信波长的二次谐波(SHG)和三次谐波(THG),可以在相同温度下获得绿色和近红外激光的输出。通过建立一个单程激光测量系统,在2 W泵浦功率下获得516 nm的0.15 mW绿光和775 nm的1.19 mW的光,晶体温度控制在30.8 ℃。实验结果将为单激光器泵浦的紧凑型双波长共线激光器提供重要的案例。     

Growth and self-frequency doubling laser output of Nd : Ca4Gd0.275Y0.725O(BO3)3 crystal

In this letter, Nd : Ca₄Gd_0.275Y_0.725O(BO₃)₃ (Nd : GdYCOB) single crystal with good optical quality and large size has been grown by the Czochralski method. The absorption and fluorescence spectra have been measured. The self-frequency doubling (SFD) laser output of Nd : GdYCOB at 0.53 μm has been demonstrated when a Nd : GdYCOB crystal sample with dimensions of 3 mm×3 mm×7 mm (the phase-matched angle is θ=78.8°, Φ=90°) is pumped by a cw Ti : sapphire laser.     

钆镱共掺杂铝酸钇晶体的生长及性能研究

采用单晶提拉法成功生长出优质的Gd³⁺/Yb³⁺共掺铝酸钇晶体。对晶体的结构、分凝系数、光谱和激光性能进行了表征,结果表明:所生长的晶体空间群为Pnma,属于正交晶系,Yb³⁺的分凝系数为1.13。从偏振吸收和荧光光谱发现,b偏振方向时,晶体在980 nm处吸收截面为2.14×10^-20 cm²,适用于InGaAs 激光二极管泵浦;在1 044 nm处的发射截面为0.39×10^-20 cm²,荧光寿命为1.638 ms。此外,对b切向的Gd/Yb∶YAP晶体进行激光实验,在1 μm处实现连续激光输出,斜率效率为23.5%,最大输出功率可达0.51 W。     

Thermal and laser properties of Yb:YAl3(BO3)4 crystal

Large optical-quality Yb:YAl₃(BO₃)₄(Yb:YAB) crystals have been grown by the flux method. The thermal properties of Yb:YAB crystal were measured for the first time. The thermal properties of Yb:YAB crystal with different Yb³⁺ ion concentrations are also reported. The results show that the ytterbium concentration influences the properties of Yb:YAB crystal. The specific heat decreases with the increase of Yb³⁺ ion concentrations in the experiment range. Apparently, the thermal expansion coefficient increases along the c-direction with the increase of Yb³⁺ ion concentrations, while it changes slightly along the a-direction. The output laser in 1120–1140 nm ranges has been demonstrated pumped by InGaAs laser. The slope efficiency is 3.8%. The self-frequency-doubling output power of 1 mW is achieved.     

Sm∶YAG/Sm∶Y3ScAl4O12单晶光纤的生长及光谱性能

采用微下拉法成功生长出Sm∶YAG和Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂单晶光纤。XRD结果表明晶体为立方晶系,晶胞参数分别为a=1.199 3 nm和a=1.200 0 nm。测试了室温下单晶光纤的拉曼光谱、吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命。Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂最大声子能量为766 cm^-1。Sm∶YAG和Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂ 在可见波段的最强吸收位于405 nm附近,非常适合InGaN/GaN二极管泵浦。404 nm激发下,最强发射带位于618 nm处, 对应于Sm³⁺的⁴G_5/2→ ⁶H_7/2能级跃迁, 测得Sm∶YAG和Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂上能级⁴G_5/2的荧光寿命分别为1.86 ms和1.83 ms。实验结果表明Sm∶YAG和Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂单晶光纤是有潜力的红橙光波段激光增益介质。     

Y3+/Li+和Y3+/Na+双掺杂氟化钡快响应闪烁晶体

氟化钡(BaF₂)晶体是已知响应最快的闪烁晶体,在高能物理、核物理及核医学等领域有着广泛的应用前景。抑制BaF₂晶体的慢发光成分对其工程应用至关重要。本文利用坩埚下降法制备了高Y³⁺掺杂浓度5%、8%、10%(摩尔分数)的BaF₂晶体,并采用Y³⁺与碱金属离子(Li⁺、Na⁺)共掺杂的方法形成电荷补偿阻止间隙F^-的产生,制备了双掺杂型BaF₂快响应闪烁晶体,进而基于优化的5 ns和2 500 ns时间门宽测试方法,研究了Y³⁺掺杂浓度以及Y³⁺与碱金属离子(Li⁺、Na⁺)共掺杂浓度对BaF₂闪烁晶体快/慢成分比的影响规律。结果表明,生长的高浓度Y³⁺掺杂BaF₂晶体的光学质量优异,在220 nm和300 nm处透过率分别高于90%和92%;随着Y³⁺掺杂浓度由0提高至10%,BaF₂晶体的慢发光成分显著降低,快/慢成分比由0.15提高至1.21;生长的Y³⁺/Li⁺及Y³⁺/Na⁺共掺杂BaF₂晶体的慢发光成分较Y³⁺掺杂BaF₂晶体进一步降低,快/慢成分比最高分别可达1.63和1.61。研制的双掺杂BaF₂快响应闪烁晶体有望应用于高能物理、核物理前沿实验等重要领域。     

New organic nonlinear optical crystals of indole-3-aldehyde

Indole-3-aldehyde (IA) with powder second harmonic generation (SHG) efficiency 38 times as large as that of KDP and cutoff wavelength of 340 nm is reported. The method of solvent evaporation was used to grow IA crystal. High quality single crystals with dimension of 18x8x35 mm³ were obtained. IA crystal belongs to the orthorhombic system space group Pca2₁, and the unit cell parameters are: a = 14.154(3) Å, b = 5.836(2) Å, and c = 8.724(4) Å.     

The growth and spectroscopic characteristics of Ca3Y2(BO3)4:Er laser crystal

The Ca₃Y₂(BO₃)₄:Er³⁺ crystal with a size up to 20 mm×30 mm was grown by the Czochralski method. The absorption spectrum was measured and its absorption peaks were assigned to the corresponding transitions between the Er³⁺ energy levels. A broad emission spectrum from 1429.4 to 1662.8 nm was exhibited from 530 nm wavelength pumping. This crystal is promising as a tunable infrared laser crystal.     

Frequency upconversion and its new mechanism in Tm-doped fluoroaluminate glasses

Upconversion fluorescences have been observed in the UV (363 nm) and the blue region (451 and 476 nm) in Tm³⁺-doped fluoroaluminate glass by pumping with a DCM dye laser. The two-photon absorption process of upconversion fluorescences was confirmed by the quadratic dependence of the emission intensity on incident pumping power. The excitation spectra for upconversion fluorescences show that the mechanism of upconversion is a simple ESA (excited state absorption) process. In addition to ESA, it was found that the energy transfer by cross-relaxation (³H₄, ³H₆ → ³F₄, ³F₄) is also involved in the mechanism of the 476 nm blue upconversion fluorescence which differs from that of the UV and the 451 nm blue upconversion fluorescence. The difference was confirmed by measuring both the radiative and the non-radiative decay rate of the ³H₄ level.