新型激光晶体Yb:KY(WO4)2的结构与光谱

采用顶部籽晶提拉法，以K₂W₂O₇为助溶剂，生长了Yb:KY(WO₄)₂新型激光晶体.经热重-差热分析，确定晶体熔点为1045℃，相变温度为1010℃.X射线粉末衍射测试，验证所生长的晶体为β-Yb:KY(WO₄)₂.晶体结构分析确定Yb:KY(WO₄)₂晶体由WO₆八面体连接而成，WO₆八面体是由双氧桥(WOOW)及单氧桥(WOW)构成.晶体粉末样品室温下的红外及拉曼光谱测试，确定WO₆原子基团、双氧桥及单氧桥的振动频率.晶体的吸收峰位于940nm，980nm，发射峰位于989nm—1030nm. 关键词： 晶体结构 光谱 晶体生长     

Yb3+掺杂KY(WO4)2激光晶体生长、结构与光谱分析

采用顶部籽晶提拉法(TSSG)生长出Yb:KY(WO4)2(Yb:KYW)激光晶体.对预烧后的原料及晶体进行了XRD分析,结果表明,分别在920℃和600℃预烧8h后的熔质和助熔剂基本上形成一相,抑止了实验中的挥发问题;所生长的晶体为β-Yb:KYW,计算其晶格常数为a=1.063nm,b=1.034nm,c=0.755nm,β=130.75°.测得不同厚度样品的吸收光谱,结果表明样品在933nm和981nm有较强的吸收峰,计算出主峰981nm的吸收截面σabs=5.34×10-20cm2.测得样品的荧光光谱,计算出主峰1030nm受激发射截面σem=3.1×10-20cm2,并估算其荧光寿命为0.56ms,与实测值0.60ms吻合.计算出激发态最小粒子数(β)、饱和抽运强度(Isat)和最小抽运强度(Imin),通过与其他掺Yb3+晶体比较,结果表明Yb:KYW晶体的Imin(0.24kW/cm2)很小.     

Nd3+:Er3+:KY(WO4)2激光晶体的生长和光谱特性

采用熔盐法从K2 WO4助熔剂体系生长出尺寸为 4 5mm的Nd3 :Er3 :KY(WO4) 2 透明晶体。从晶体中切割出Ф3× 11 9mm的激光器件 ,测量了晶体的紫外 -近红外的吸收光谱 ,从吸收光谱图上可以看到 ,晶体存在着 974 88nm ;80 1 0 (798 12 ,80 3 95 )nm ;74 8 5 (75 3 5 ,74 3 4 9)nm ;6 5 3 6 1nm ;5 86 6 5nm ;5 18 6(5 4 5 0 3,5 2 1 32 ,4 89 35 )nm ;4 5 2 80nm ;4 0 7 81nm ;36 7 2 2 (377 2 4 ,36 6 4 ,35 8 0 2 )nm九个吸收峰带 ,对各个吸收峰带按照Er3 和Nd3 离子的能级跃迁进行了归属。同时采用Edinburgh InstrumentF92 0荧光光谱仪在室温下对晶体进行了荧光测试研究。研究结果表明 ,共掺Nd3 离子可以增强Er3 :KY(WO4) 2 对半导体激光器泵浦源 (80 0nm)的吸收。     

单斜结构的Yb:KLu(WO4)2晶体光谱和激光性质的各向异性

研究了Yb:KLu(WO4):晶体对非偏振抽运光的吸收以及连续波激光振荡性质.晶体结构的低对称性导致晶体光谱呈强烈各向异性,最强的吸收和发射都发生在平行于Nm.主轴的偏振方向上.Ng切向晶体具有最高的非偏振抽运光吸收效率和最大的激光功率产生潜力,2mm长的晶体产生的最高连续波输出功率为11 W,相对于吸收抽运功率,光一光转换效率为68%,而斜率效率则达80%.     

Yb∶NaY(WO4)2激光晶体生长

采用提拉法生长出了四方晶系白钨矿结构的Yb∶NaY(WO4)2(简称Yb:NYW)激光晶体,通过TG DTA分析得到晶体的熔点为1211℃,从XRD分析得到晶胞参数为a=b=0.5212nm,c=1.1268nm,V=0.3062nm3。讨论了Yb∶NYW晶体的生长工艺,给出了晶体生长的最佳工艺参数。测试了晶体的红外光谱和拉曼光谱,对晶体的红外振动模式进行了归属,并分析了晶体的拉曼光谱。     

Ybx:KY1-x(WO4)2晶体生长及振动光谱研究

采用TSSG法生长出Ybx:KY1-xW(x=0.05)和KYbW晶体,并对两者的结构和光谱性能进行了比较。工艺参数为,转速10～15r.min-1,拉速1～2mm.d-1,生长周期10～15d,降温生长速率0.05～0.1℃.h-1,降温速率20℃.h-1。XRD分析表明两者均为低温相的β-KYW结构,两种晶体的晶格常数分别为a1=1.063nm,b1=1.034nm,c1=0.755nm,β1=130.75°,Z1=4和a2=1.061nm,b2=1.029nm,c2=0.749nm,β2=130.65°,Z2=4。测试了红外及拉曼光谱,Ybx:KY1-xW(x=0.05)样品在925,891,840,777,749cm-1具有较强的红外吸收峰,是由WO4原子基团伸缩振动引起的;KYbW样品在484和437cm-1处具有较强的红外吸收峰,反映了WO4原子基团的弯曲振动。分析了晶体的振动模式,认为两种晶体有较强的拉曼活性,钨氧双桥键WOOW和单桥键WOW基团的振动在200～1000cm-1范围内,对峰值与相应的振动进行了指认。     

Na5Er(WO4)4晶体的光谱参数

Na5Er(WO4)4是化学计量的基质发光晶体,含有很高浓度的Er,它的发光却没有明显的浓度猝灭.与Na5Er(WO4)4结构相同的Na5Nd(WO4)4单晶是良好的激光材料,已获得激光输出.而Er3+在YAlO3,Y3Al5O12和CaF2中也实现了激光输出[1],在ErP5O14[1],Y3Al5O12:Er3+[2]和掺Er3+磷酸盐玻璃[3]的光学参数和某些谱线出激光的可能性已有研究.     

Tm掺杂的激光晶体生长、结构和光谱性能研究

采用顶部籽晶生长法从K2Mo3O10-B2O3助熔剂中生长出15 mm×15 mm×25 mm优质TmxGd1-x Al3(BO3)4(x=1,0.06)晶体.利用X射线单晶衍射仪测定了TmAl3(BO3)4晶体的结构.对Tm3+GAB晶体进行定向切割,测量得到了σ和π方向的偏振的吸收和发射光谱,并根据Judd-Ofelt理论计算了Tm3+在GdAl3(BO3)4中的J-O参数、各个能级的振子强度、自发辐射几率、荧光分支比等参数.     

Nd3+:NaLa(WO4)2晶体的生长和光学性质

用双坩埚法从高温溶液里生长出线度达7 mm的Nd3 : NaLa(WO4)2晶体.扫描电子显微镜的观察结果表明,虽然在晶体冷却过程中经历了两个相变,但相变并未造成晶体开裂;样品的X射线衍射花样可以看出,所得晶体为纯低温四方相的Nd3 :NaLa(WO4)2．在室温下对晶体的光吸收和光发射作了测量,发现晶体在804 nm有个半高宽达到23 nm的宽吸收峰．讨算出晶体在804 nm处的吸收截面为7．24×10-20 cm2,在1057 nm处的发射截面为6．54×10-20 cm2．     

Cr3+:Al2(WO4)3晶体的生长和光谱特性

采用顶部籽晶法从Na2WO4助熔剂体系生长出优质的Cr^3 ：Al2(WO4)3晶体,测定了吸收和荧光光谱,结果表明：Cr^3 离子在晶体中有两个宽且强的吸收带和一个微弱的吸收线,两宽带中心波长分别为422和595nm,还有两个较弱的吸收峰,其荧光峰值分别为684和663nm。其荧光宽带和一个较弱的荧光线峰并存,宽带范围为650～820nm,峰值波长为740nm,荧光线峰波长约为680nm,其强度较强。计算了晶场强度和Racah参数,其Dq／B=2．42,晶体属于中阶场介质。研究表明,Cr^3 ：Al2(WO4)3晶体具备可调谐激光晶体的基本光谱要求,且有良好的物化性能,可以实现宽频带可调谐激光输出。     

Diode-pumped Kerr-lens mode-locked Yb:KY(WO(4))(2) laser

A self-starting Kerr-lens mode-locked Yb:KY(WO(4))(2) laser directly end pumped by two 1.6-W diodes is demonstrated for what is to our knowledge the first time. Pulses as short as 71 fs with 120-mW average output power, at a center wavelength of 1057 nm, were obtained at a repetition rate of 110 MHz. A 10-nm tuning range was achieved with longer pulses and higher average output power.     

Er/Yb∶KY(WO_4)_2晶体的各向吸收光谱和上转换发光特性

测试了Er/Yb∶KY(WO4)2晶体在室温下3个轴Ng,Np,Nm方向上的吸收光谱,分析比较光谱特性,并计算出各能级跃迁的吸收截面,其中沿Np轴方向有最强的吸收和较大的吸收截面,这有利于激光上能级的粒子数堆积,增大跃迁几率,加强荧光输出。由于掺入Yb3+离子,晶体在980 nm附近有很强的吸收和较大的半峰宽。该晶体在980 nm激光泵浦下有上转换绿光和红光,3个晶轴Np,Ng,Nm轴方向的上转换荧光,波峰位置相差甚微,强弱区别明显,且呈现的各向异性,其中Np方向最强。     

Yb3+:KY(WO4)2 laser with a fast saturable absorber

Quantum-well semiconductor structures with superlattice barriers and reduced recovery time of absorption are designed and manufactured. A saturable absorption mirror based on such a structure is used in the Yb³⁺:KY(WO₄)₂ laser. The mode locking at a repetition rate of 70 MHz yields an almost bandwidth-limited pulse with a duration of about 115 fs. The maximum mean power (1.57 W) is comparable with a CW power of 1.62 W, which indicates a relatively low level of nonsaturable loss in the saturable absorption mirror.     

Highly efficient 1 GHz repetition-frequency femtosecond Yb3+:KY(WO4)2 laser

We present a highly efficient, diode-pumped, femtosecond Yb3+:KY(WO4)2 (Yb:KYW) laser operating at a 1.024 GHz repetition rate. The output was centered at a wavelength of 1042 nm and had a bandwidth of 3.8 nm, leading to transform-limited pulses with durations of 278 fs determined by fringe-resolved autocorrelation measurements. The optical-to-optical conversion efficiency and slope efficiency were 61% and 69%, respectively, and the relative intensity noise was <0.1%.     

Directly diode-pumped Yb:KY(WO(4))(2) regenerative amplifiers

Two Yb(3+) -doped KY(WO(4))(2) regenerative amplifiers, one end pumped by two 1.6-W single-stripe diodes at 940 nm and the other side pumped by one 20-W diode bar at 980 nm, are demonstrated. When the regenerative amplifiers are injected, 40-muJ , 400-fs and 65-muJ , 460-fs pulses at a 1-kHz repetition rate are obtained following compression from the end- and side-pumped amplifiers, respectively.     

Yb-doped KY(WO4)2 planar waveguide laser

High-quality monoclinic KY(WO4)2 optical waveguides were grown by liquid-phase epitaxy, and laser operation of an Yb-doped KY(WO4)2 waveguide was demonstrated for the first time to our knowledge. Continuous-wave laser emission near 1 microm was achieved with both surface and buried planar waveguides. An output power of 290 mW was obtained in the fundamental mode and the slope efficiency was above 80%.     

Nd∶KY(WO4)2和Nd∶KG(WO4)2晶体吸收光谱性能分析

通过研究分析钨酸盐晶体Nd∶KY(WO₄)₂和Nd∶KG(WO₄)₂在室温下的吸收光谱，发现这2种晶体具有作为激光晶体的优良特性。根据Judd-Ofelt理论和测试所得的吸收光谱及数据，用VC++编程计算出晶体的谱线强度、振子强度、吸收截面等，拟合得Nd³⁺离子的3个晶场调节参数Ω_λ(λ=2，4，6)的值，并从理论上计算了自发跃迁几率、能级寿命、荧光分支比和积分发射截面。从计算得出的荧光分支比β可以看出，Nd∶KY(WO₄)₂(β_1060nm=0.4380)和Nd∶KG(WO₄)₂(β_1060nm=0.4618)晶体荧光分支比都较大，计算了该晶体的X=Ω₄/Ω₆，并将其X值与其他晶体的X值加以比较，Nd∶KY(WO₄)₂和Nd∶KG(WO₄)₂均易于实现1.06μm激光输出，适合作为LD泵浦的钨酸盐晶体激光器。     

Nonlinear refractive properties of Yb3+-doped KY(WO4)2 and YVO4 laser crystals

The nonlinear refractive indices of Yb³⁺: KY(WO₄)₂ and Yb³⁺:YVO₄ laser crystals are characterized using a Z-scan technique at a wavelength of 1.08 μm for different polarizations. The results reveal that the nonlinear refractive index of Yb³⁺:YVO₄ is superior to that of Yb³⁺:KY(WO₄)₂ and is found to be 1.9×10^-15 cm²/W and 1.5×10^-15 cm²/W for E⊥c and E∥c polarizations, respectively. PACS 42.65.Hw; 42.55.Rz; 42.65.Re; 42.70.Hj