大尺寸氟化铽锂晶体生长与性能

氟化铽锂(LTF)晶体具有大的维尔德常数、低的吸收系数,是一种性能优良的磁光晶体材料,适合用作高功率、大能量激光系统用磁光器件的磁光材料。本文以高纯TbF₃和LiF为原料,采用电阻加热提拉法,在Ar气和CF₄混合气体保护下,成功生长出了直径达2英寸的大尺寸LTF晶体。该晶坯外观完整,具有良好的光学均匀性和较低的残留应力,He-Ne激光照射下无肉眼可见散射颗粒。该晶体还加工出了直径为10 mm的LTF晶体元件,测试其单程损耗系数、消光比、透过波前畸变和弱吸收系数等参数,结果表明生长的LTF晶体具有良好的光学质量,其维尔德常数约为市售商用TGG晶体的98%。     

微下拉法生长Tb3AlxGa5-xO12磁光晶体及其性能表征

Tb₃Ga₅O₁₂晶体是一种具有良好磁光性能的主流商用材料,但生长过程中存在严重的氧化镓挥发问题,导致晶体难以满足高功率应用的发展需求,而菲尔德常数较大的Tb₃Al₅O₁₂晶体的不一致熔融特性使该晶体难以生长,因此亟需探索新型高质量磁光晶体以满足高功率应用需求。基于此,本文采用微下拉法在高纯氩气和二氧化碳混合气氛下生长了Tb₃Al_xGa_5-xO₁₂(TAGG)系列高掺铝磁光晶体。摇摆曲线测试结果表明TAGG磁光晶体拥有高结晶质量。透过光谱和磁光特性测试结果表明,与传统Tb₃Ga₅O₁₂晶体相比,TAGG磁光晶体具有更高的透过率和更大的菲尔德常数,是一种非常有潜力的可应用于高功率激光系统的低成本磁光材料。     

导模提拉法生长Tb3Sc2Al3O12(TSAG)晶体及性质表征

本文采用导模提拉法成功生长了Tb3Sc2Al3O12 (TSAG)晶体,并对所生长晶体进行了物相分析和单晶结构分析,探讨了多晶原料的烧结温度对晶体颜色的影响.Sc3+和Al3+的浓度分布测试表明,导模提拉法能较好地克服因分凝效应引起的Sc3+浓度分布不均,可以生长获得浓度分布均匀的TSAG晶体.磁光性能测试表明,Sc3+掺入对晶体在400～1100 nm波长范围内的磁光性能影响不大,所生长TSAG晶体的费尔德常数仅比Tb3Al5O12 (TAG)晶体低6; ～8;.     

激光浮区法生长TbYO3晶体

随着高功率固态激光器和光纤激光器的发展,对可见光-近红外区域的光学隔离器要求逐渐增加。目前设备原件正趋于小型化发展,工业应用最广泛的铽镓石榴石(TGG)晶体因其较小的Verdet常数,无法满足未来高功率激光器的需要。Tb₂O₃具有较高的Verdet常数,但是高熔点和相变机制使其难以通过常规提拉法进行单晶生长。本研究通过向Tb₂O₃中掺杂Y₂O₃,研究了不同掺杂浓度下(Tb_xY_1-x)₂O₃的晶体生长。在n(Tb)∶n(Y)=1∶1时,通过激光浮区(LFZ)法生长了TbYO₃单晶,而纯净的Tb₂O₃和(Tb_0.3Y_0.7)₂O₃单晶无法通过该方法合成。TbYO₃晶体具有较高的Verdet常数(445...     

磁光晶体的研究进展及应用

随着光通信和高功率激光技术等领域的发展,磁光隔离器得到了越来越广泛的研究和应用,推动了磁光材料尤其是磁光晶体的发展.目前已经发展了多种新型磁光晶体,同时为了满足大功率激光的需求,需要不断提高磁光晶体尺寸和光学品质.本文首先介绍了法拉第磁光效应及应用,然后介绍了稀土正铁氧体、稀土钼酸盐、含铽铌酸盐、钇铁石榴石、含铽石榴石磁光晶体及部分种类磁光陶瓷的研究进展,最后对磁光晶体的未来进行了展望.     

RIG型磁光薄膜的研究进展及应用

随着光通信技术与光子集成电路的发展,非互易性器件作为光通信系统中重要的组成部分得到了越来越广泛的研究与应用。基于磁光效应制成的磁光隔离器和环行器是目前应用最为广泛的非互易性器件,为了将非互易性器件整块集成在硅片上,需制备性能与块状磁光材料相当的磁光薄膜。在近红外通信波段(1 550 nm),以钇铁石榴石(Y₃Fe₅O₁₂,YIG)为代表的稀土铁石榴石(RIG)具备优良的磁光效应,是最具应用前景的磁光材料之一。研究发现,使用稀土离子对YIG薄膜进行掺杂可以有效改善其磁光性能,尤其是Bi³⁺和Ce³⁺掺杂的YIG表现出巨法拉第效应。本文首先介绍了法拉第效应原理,介绍了三种常见磁光薄膜的生长方法,回顾了近年来的主要研究成果,介绍了磁光薄膜在光隔离器和环行器中的应用,最后对磁光薄膜的未来发展趋势进行了展望。     

LYSO∶Ce闪烁晶体的研究进展

铈掺杂硅酸钇镥(LYSO∶Ce)晶体显示出优异的闪烁性能,并在核医学、高能物理及安全检查等领域具有广泛应用。本文综述了LYSO∶Ce闪烁晶体的晶体结构、发光机制、晶体生长存在的主要问题以及LYSO∶Ce晶体可能的发展方向。同时,梳理了LYSO∶Ce晶体生长过程中常见问题及对应的解决方案,并进一步讨论了Ce³⁺占位情况以及Ce⁴⁺与闪烁性能之间的关系。此外还展示了本团队在LYSO∶Ce晶体生长的最新研究成果,使用中频感应提拉炉生长出尺寸为φ95.42 mm×200 mm的LYSO∶Ce闪烁晶体。     

高温闪烁晶体Ce：YAP的生长研究

Ce:YAP晶体具有优良的闪烁性能，其主要特点是光产额大，衰减时间短，发射峰与光电倍增管的接收范围相匹配，在γ射线探测，核医学等方面有着广阔的应用前景。我们用提拉法生长了不同掺杂浓度的Ce:YAP晶体，成功地解决了在生长过程中出现的晶体开裂及孪晶问题，并对晶体生长过程中的爬料，纯YAP晶体着色等现象作了讨论。X射线激发发射谱表明晶体的发射峰在388nm，吸收测试则显示晶体在254nm,366nm处在两个吸收峰。     

高温闪烁晶体Ce∶YAP的生长研究

Ce∶YAP晶体具有优良的闪烁性能,其主要特点是光产额大,衰减时间短,发射峰与光电倍增管的接收范围相匹配,在γ射线探测、核医学等方面有着广阔的应用前景.我们用提拉法生长了不同掺杂浓度的Ce∶YAP晶体,成功地解决了在生长过程中出现的晶体开裂及孪晶问题,并对晶体生长过程中的爬料、纯YAP晶体着色等现象作了讨论.X射线激发发射谱表明晶体的发射峰在388nm,吸收测试则显示晶体在254nm、366nm处有两个吸收峰.     

面向集装箱安检应用的Mg4Ta2O9闪烁晶体及其掺杂改性

钽酸镁(Mg₄Ta₂O₉)晶体的衰减时间快于CdWO₄晶体,光产额及能量分辨率高于CdWO₄晶体,低余辉特性和CdWO₄类似,在0.01%/3 ms左右,又由于Mg₄Ta₂O₉晶体材料无毒性元素,使其成为具有替代含有毒Cd元素的CdWO₄晶体,应用于集装箱安检领域的最佳候选材料之一。本文综述了Mg₄Ta₂O₉晶体的结构特性、晶体生长、闪烁性能及掺杂改性等方面的研究进展,发现通过掺杂Zn或Nb能显著提高其光产额。     

YAlO3∶Ce晶体的生长及性能研究

本文采用中频感应提拉法生长了尺寸为ø35 mm×70 mm的完整的YAlO₃∶Ce(YAP∶Ce)晶体。XRD测试结果表明所生长的YAP∶Ce晶体主相为YAP相,同时存在第二相YAG相;光致激发发射光谱表明晶体发射波长在344 nm和376 nm,激发波长分别为273 nm、290 nm和305 nm;X射线激发发射光谱表明晶体发射波长在377 nm附近;在γ高能射线激发下,晶体衰减时间曲线呈指数衰减,拟合后得到YAP∶Ce晶体的衰减时间为46 ns,通过高斯拟合以后YAP∶Ce晶体的能量分辨率和绝对光产额分别为8.51%和8 530 ph/MeV。本文分析了晶体生长过程中产生开裂和相变的原因,通过优化温场和工艺可以得到完整无开裂的晶体。如何获得更大尺寸的无开裂、无相变晶体,并实现量产是该晶体规模化应用中需要解决的重要技术难题。     

高温闪烁晶体Ce∶LSO的生长研究

Ce∶LSO晶体具有优良的闪烁性能,其主要特点是光产额大、发光衰减时间快、密度大、有效原子序数大、辐射长度短、发射峰与光电倍增管的接收范围相匹配,在γ射线探测方面有着广泛的应用.我们用提拉法生长了不同掺杂浓度的Ce∶LSO晶体,成功地解决了在生长过程中出现的晶体开裂及籽晶熔断问题,并对晶体生长过程中的表面重熔、晶体着色及Ce的偏析等现象作了讨论.荧光光谱分析表明晶体最大激发波长为353nm,发射峰由391nm和425nm处两个峰组成,吸收谱则显示晶体在209～370nm之间具有多个吸收峰.     

高温闪烁晶体Ce：LSO的生长研究

Ce:LSO晶体具有优良的闪烁性能。其主要特点是光产额大,发光衰减时间快,密度大,有效原子序数大。辐射长度短,发射峰与光电倍增管的接收范围相匹配,在γ射线探测方面有着广泛的应用。我们用提拉法生长了不同掺杂浓度的的Ce:LSO晶体,成功地解决了在生长过程中出现的晶体开裂及籽晶熔断问题,并对晶体生长过程中的表面重熔,晶体着色及Ce的偏析等现象作了讨论。荧光光谱分析表明晶体最大激发波长为353nm。发射峰由391nm和425nm处两个峰组成,吸收谱则显示晶体在209-370nm之间具有多个吸收峰。     

KDP晶体缺陷对生长应力分布的影响

本文采用有限元法分析了不同尺寸、形状的晶体缺陷对大口径KDP晶体生长应力分布的影响.结果表明,晶体中的缺陷导致了晶体内部应力集中,且应力集中程度与缺陷尺寸、晶体生长尺寸呈反向变化,而最大主应力与缺陷尺寸、晶体生长尺寸呈正向变化.当缺陷含有棱边或尖角时,应力集中程度和最大主应力值都明显增加.由于KDP晶体易脆性开裂,随着最大主应力值的增大,开裂机率也增大.     

氟化钇锂激光晶体生长与键合技术研究

采用密闭反应气氛电阻加热熔体提拉法与上称重自动控径技术生长稀土离子掺杂氟化钇锂系列(Re:YLF)激光晶体,通过优化热场设计,有效地解决了大尺寸YLF系列激光晶体生长过程中的开裂和直径控制起伏的问题,成功生长出了直径大于50 mm的YLF系列激光晶体,晶坯无晶界、基本无散射,光学均匀性良好.同时开展了YLF系列激光晶体热扩散键合技术研究,通过定向切割、轴向匹配和面形匹配光胶、构造高温度均匀性热键合温场,成功制备出了YLF键合激光晶体.     

大尺寸光学级铌酸锂晶体生长及检测方法

本文着重介绍了大尺寸光学级铌酸锂晶体生长方法,实验中采用中频感应加热方式,利用下电子秤自动控制系统,自制热场.成功地解决了以往生长大尺寸铌酸锂晶体时易出现的晶体头部有汽泡,易开裂,生长过程中多晶等难题,生长出了80mm×60mm的优质光学级铌酸锂晶体.并对晶体的消光比、锥光图、居里温度、透过率、抗激光损伤阈值等性能指标进行了测试,得出了相关的结果.     

三维运动下KDP晶体生长过程中的应力分析

作为一种新型溶液晶体生长方式,“三维运动生长法”能够快速生长高质量大尺寸的KDP晶体.为了了解KDP晶体在三维运动生长过程中晶体内部的应力状态,本文采用有限元法对三维运动下KDP晶体生长过程中的应力分布进行了计算.结果表明,掣晶杆顶端附近以及晶面和掣晶杆交接处存在明显的应力集中,主应力较大,是晶体生长过程中的易开裂点.增加掣晶杆直径,使用圆头掣晶杆和降低三维运动过程中的加速度能够降低晶体内部的最大主应力,减小晶体在生长过程中开裂的机率.     

中国工程物理研究院化工材料研究所新材料研发中心高能红外激光晶体与陶瓷团队

正中国工程物理研究院化工材料研究所新材料研发中心高能红外激光晶体与陶瓷团队长期专注于高能红外激光材料与器件的开发,统筹研究近、中、远红外激光介质(晶体和陶瓷)及其在高功率全固态激光方面的应用。掌握了坩埚下降法、竖直/水平梯度冷凝法等晶体生长方法,先后成功生长了高品质大尺寸ZnGeP2、AgGaS2、AgGaSe2、GaSe、BaGa2GeSe6和Dy∶PbGa2S4等中远红外晶体并加工出高品质晶体器件,产品实现进口替代并返销欧美;掌握了激     

倍半氧化物晶体及其1～3μm波段激光性能研究进展

倍半氧化物具有优异的热学性能、稳定的物化性能、低的最大声子能量和强的晶体场，是理想的高功率、大能量激光基质材料。倍半氧化物具有超高熔点，因此其高质量、大尺寸的晶体制备极其困难，研究人员对此进行了长期的研究探索。近年激光技术发展对高品质倍半氧化物单晶的迫切需求促使相关晶体的生长技术取得了突破。本文在简单介绍倍半氧化物性能与结构的基础上，详细综述了Lu₂O₃、Sc₂O₃、Y₂O₃倍半氧化物晶体的生长方法及缺陷种类，系统总结了稀土离子掺杂的倍半氧化物在1～3μm波段内的激光性能，最后对其未来的研究与发展方向进行了展望。     

梯度掺杂的YVO4-Nd∶YVO4复合晶体

利用改进的提拉法生长了一种新型YVO₄-Nd∶YVO₄ 复合晶体,在晶体中部实现了Nd³⁺的0.10%~0.25%(原子数分数)浓度梯度掺杂。晶体中, Nd³⁺掺杂区的弱吸收系数较未掺杂区大,表现出界面吸收现象。观测了复合晶体对泵浦光的吸收和温度分布,发现晶体沿轴向的泵浦吸收相对均匀,温度梯度相对较小。未镀膜的复合晶体样品在1 064 nm波段显示了良好的连续激光性能,光-光转换效率为37.0%,斜效率为40.9%。