2.1μm激光晶体Cr,Tm,Ho∶YAG的生长、光谱和激光性能

采用提拉法成功生长出了优质的Cr,Tm,Ho∶ YAG晶体,并对其光谱及激光性能进行了研究.测量了晶体在350～2700 nm波段内的吸收光谱.用450 nm激光激发,测量了晶体的稳态和瞬态荧光光谱,拟合得到2.1 μm激光上能级的寿命为10.65 ms.用F-L公式计算了晶体在2.1 μm处的发射截面为6.92×10-20 cm2,并与其他Ho3+掺杂的激光晶体进行了对比.采用氙灯泵浦Cr,Tm,Ho∶ YAG晶体棒,实现2.1 μm的脉冲输出.在3 Hz和10 Hz时的激光阈值分别为33.11 J和33.88 J,斜效率均为4.5;,比市售成熟的激光棒的激光输出效率更高.     

中红外波段激光晶体的研究进展

2～5 μm中红外波段激光在定向红外对抗、反恐、生物医疗、环境监测、光通讯、强场物理、激光聚变等方面有重要应用,还可用作5 ～ 20 μm中远红外激光输出的泵浦光源.从1μm的Nd3+和Yb3+,1.5 μm的Er3+,2 μm的Tm3+和Ho3+,2～3 μm的Tm3+和Cr2+,3 m的Er3+、Ho3+、U4+和Dy3+,到4 μm的Fe2+和Ho3+,再到大于4 μm的Dy3+、Er3+和Pr3+等,不断向中波红外方向拓展,是激光晶体发展的前沿.本文综述了近几年中红外波段激光晶体的研究现状,并对其未来发展进行了简要评述.文中还涉及到部分透明陶瓷的工作.     

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;.     

Tm3+/Ho3+掺杂的Gd3Ga5O12～2.0μm波段红外激光晶体的生长和性能研究

采用提拉法生长了最大尺寸为φ25mm×(30～40)mm优质透明的Tm3+:GGG、Yb3+/Tm3+:GGG、Cr3+/Tm3+:GGG、Tm3+/Ho3+:GGG和Cr3+/Tm3+/Ho3+:GGG共五种晶体.在室温下测试了这些晶体的吸收光谱、荧光光谱及荧光衰减曲线等,详细研究了光谱性能,对部分晶体进行了Judd-Ofelt理论计算,得到强度参数等重要的光谱参数.计算了～2.0μm附近荧光峰值波长处相应的能级跃迁的发射截面、量子效率等.研究表明:Yb3+和Cr3+的掺入分别使得Tm:GGG晶体在980nm附近和451 nm、628 nm附近的吸收大大增强,有利于商业激光二极管和闪光灯泵浦.在Tm激活的Tm3+:GGG、Yb3+/Tm3+:GGG、Cr3+/Tm3+:GGG晶体中,～2.0μm波段附近发射强度和发射截面值最大的峰值对应的波长为2000nm;而在Ho激活的Tm3+/Ho3+:GGG和Cr3+/Tm3+/Ho3+:GGG晶体中,发射强度和发射截面最大的峰值对应的波长为2080 nm.用氙灯抽运键合的尺寸为φ5mm×45mm Cr3+/Tm3+/Ho3+:Gd3+ Ga5 O12晶体,在2.086～2.102μm波段实现了平均功率为170 mw的激光输出.     

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.     

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;.     

掺Yb3+激光晶体的研究进展

本文简要介绍了掺Yb3+激光晶体的发展历史;从Yb3+离子的能级结构出发,阐述了掺Yb3+激光材料的特点,介绍了几种掺Yb3+激光晶体的光谱特性,简述了近年来掺Yb3+激光晶体激光性能的研究进展;对掺Yb3+激光晶体未来的发展做了展望.     

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。     

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.     

Ho∶BaY2F8晶体生长及其光谱研究

本文采用液相合成方法合成了掺钬氟化钇钡(分子式:Ho3+∶BaY2F8,简称Ho∶BYF)多晶原料,使用提拉法生长了掺钬氟化钇钡(Ho∶BYF)激光晶体,晶体生长参数:拉速0.5～1 mm/h,转速10 r/min。XRD测试表明:该晶体属于单斜晶系,空间群C2/m。测试了晶体的吸收及荧光光谱,同时计算了Ho离子对889 nm泵浦光的吸收系数及吸收截面,分别为4.84 cm-1、1.26×10-21cm2。该吸收对应于Ho3+从基态5I5到激发态5I6的跃迁,可实现3.9μm激光输出。     

稀土掺杂钨酸镧钠激光晶体的生长及其性能研究

采用提拉法生长出了纯的和Nd3+、Tm3+、Dy3+、Ho3+、Pr3+离子掺杂的大尺寸优质的NaLa(WO4)2晶体.TG/DTA实验表明NaLa(WO4)2晶体在1251℃同成分熔化,热膨胀实验结果显示该晶体沿(100)和(001)方向的热膨胀系数分别为1.23×10-5K-1和2.49×10-5K-1.在室温下测量了该晶体的红外和拉曼光谱,对晶体的振动性质进行了研究.对稀土离子掺杂的NaLa(WO4)2晶体进行了光谱性质的研究.N3+:NaLa(WO4)2和Tm3+:NaLa(WO4)2晶体800 nm附近的吸收峰半高宽和吸收截面较大,有利于用LD泵浦.采用小型的氙灯泵浦,研究了Nd3+:NaLa(WO4)2晶体的激光特性.当氙灯输入能量为1.28 J时,获得14.77mJ的激光输出能量,光光转换效率为1.15;.     

激光晶体镁橄榄石结构探讨

镁橄榄石Mg2 SiO4 :Cr4 + 是重要的激光晶体 ,它的发射带为 85 0～ 14 0 0nm ,函盖激光通讯的两个窗口 1.3μm和 1.5 μm ,是迄今为止所发现的终端声子激光晶体中光谱范围最宽的一种。此外 ,金绿宝石铝酸铍BeAl2 O4 :Cr3+ 也是一种可调谐激光晶体 ,目前在红光区输出能量最高。这两种晶体同属于镁橄榄石型结构。但是在一些教科书和文献中 ,这个结构却被描述得相当混乱。主要有以下几种表述 :(1)镁橄榄石属斜方晶系Pbnm空间群 ,a =0 .4 76nm ,b =1.0 2 1nm ,C =0 .5 99nm[1 5] 。(2 )橄榄石结构 (Mg ,Fe) 2 SiO4 属斜方晶系 ,空间群为D2…     

Yb,Ho:GdScO3晶体生长及光谱性能分析

采用提拉法生长出了尺寸为?30 mm×50 mm的Yb, Ho∶GdScO₃晶体。通过X射线衍射得到了晶体的粉末衍射数据,使用GSAS软件进行了全谱拟合,得到了晶体的结构参数。测试了晶体的拉曼光谱,在100～700 cm^-1观察到18个拉曼振动峰。对Yb, Ho∶GdScO₃晶体的光谱特性进行了表征,并计算了Yb³⁺的吸收截面,其在940、975 nm处的吸收截面分别为0.31×10^-20、0.42×10^-20 cm²。采用Judd-Ofelt理论计算了Ho³⁺的跃迁强度参量Ω_t,Ω₄/Ω₆值为2.04,并计算了辐射跃迁概率、能级寿命及荧光分支比等光谱参数。结果表明,Yb, Ho∶GdScO₃晶体的发光性能良好,是一种有前景的2～3μm激光晶体候选材料。     

钬铥双掺氟化钇钡激光晶体的光谱性能

采用提拉法生长了钬铥双掺氟化钇钡(Ho3+∶Tm3+∶BaY2F8,Ho∶Tm:BYF)激光晶体。工艺参数:引晶温度955℃,拉速0.5 mm/h,转速5 rad/min,降温速率15℃/h。XRD分析结果表明,所生长的晶体为属于单斜晶系,C2/m空间群,并计算了晶格常数。光谱测试结果表明,最强吸收峰位于781 nm,主峰吸收截面为6.16×10-21cm2。最强发射峰位于2.06μm,半高宽约为38 nm。基于Tm3+和Ho3+能级图分析了2μm荧光发射机理,计算了主发射峰受激发射截面为4.05×10-21cm2。     

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.     

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。     

Nd3+:CaLa2B10O19晶体的生长和性质研究

用泡生法生长出不同Nd3+掺杂浓度的Nd3+:CaLa2B10O19(NLCB)晶体,测试了晶体的透射光谱、荧光光谱、倍频效应等性质.NLCB晶体在580nm和805nm处有很强的吸收,能与二极管激光器有效耦合.在900nm和1.06μm处各有一荧光峰,1.06μm处的荧光寿命为75μs.NLCB的粉末倍频效应为KDP的2倍.     

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.     

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.