激光加热基座技术生长超细单晶光纤研究

单晶光纤(SCF)是具有纤维结构的“准一维”功能晶体材料,在高能激光、高温传感、辐射探测、信息通信等国防民生领域展现出了巨大的应用前景。本文采用激光加热基座技术成功制备出直径60~100 μm、长径比>6 000∶1的超细Al₂O₃、YAG单晶光纤,单晶光纤平均直径起伏<4%,展现出良好的柔韧性与波导特性,为单晶光纤器件的小型化与集成化创造了条件。     

LHPG法单晶光纤生长的动力学分析

本文运用动力方法和借助于计算机，对ＬＨＰＧ法中熔区的形状、缩径比，以及生长时单晶光纤的直径变化和了分析。得到稳定生长时熔区的形状、合适的缩径比，以及单晶光纤直径变化的各种情况。     

激光加热基座（LHPG）法生长YVO4晶纤

采用激光加热基座（ＬＨＰＧ）法，用两束ＣＯ２激光加热生长ＹＶＯ４晶纤。源棒直接由Ｙ２Ｏ３－Ｖ２Ｏ３粉末压制、烧结制成。生长的晶纤开始一段是称约５－１０ｍｍ的浅黄色单晶，随着是灰黑色多晶。Ｘ射线结构分析表明，晶纤是ＹＶＯ４化合物，但含有少量Ｙ８Ｖ２Ｏ１７第二相微粒。文中讨论了生长的ＹＶＯ４晶纤中形成多晶段的原因。     

单晶光纤制备及高温传感器研究进展

单晶光纤(single-crystal fiber),是一种纤维形态的晶体材料,凭借优异的物理和化学性能以及大长径比的结构特点在国防及民生领域都有着广泛的应用前景。随着导模法、激光加热基座法以及微下拉法等生长技术的日渐成熟,单晶光纤迎来了科学研究和应用发展的黄金时期,其材料种类以及应用方向均呈现多元化发展态势,其中面向高温传感领域的高熔点氧化物单晶光纤凭借其耐高温、抗氧化、结构紧凑等特点在强氧化、强辐射、强腐蚀、强电磁干扰等极端环境中展现出了巨大的应用潜力。近年来,研究者们不断将光学、声学等传感技术与单晶光纤介质相结合,在保持传感器结构灵活性的基础上,拓宽了常规玻璃光纤传感器的使用温度,同时弥补了热电偶等传统接触式测温技术在恶劣环境中寿命较低的缺陷。本文以单晶光纤的制备技术为出发点,回顾了单晶光纤的发展历史,分析了单晶光纤三种主要制备方法的技术特点及发展现状。同时,总结了单晶光纤在高温传感领域的主要研究成果,展望了单晶光纤高温传感技术的应用前景。     

LHPG法生长单晶光纤中熔区生长界面对消除气泡的影响

采用激光加热基座法(LHPG法)生长的单晶光纤一般具有较好的表面光学质量,但单晶光纤在生长过程中常产生包裹气泡.该类气泡的存在将严重劣化光纤的性能.由于其产生原因复杂,多年来一直没有有效的消除方法.本文采用LHPG法生长Nd3+:YAG单晶光纤,深入分析了熔区生长界面对消除气泡的影响.实验结果表明,相比于其它熔区,凹形熔区稳定性能较好,是最佳的熔区形状,采用此熔区生长出的单晶光纤没有气泡,具有极好的光学品质.     

（Ho,Cr）：YAG单晶光纤生长与光谱特性分析

本文工作中用ＬＨＰＧ生长Ｈｏ：ＹＡＧ，（Ｈｏ，Ｃｒ）：ＹＡＧ，Ｃｒ：ＹＡＧ等单晶光纤。在室温下测试了这些单晶光纤的吸收谱、荧光谱、荧光寿命等光谱参数。通过荧光寿命分析了Ｃｒ→Ｈｏ和Ｈｂ→Ｃｒ之间的能量转移过程及能量转换效率η，并通过荧光衰减曲线的计算机拟合，计算了Ｈｏ→Ｃｒ之间的微观相互作用参数ＣＤＡ。     

单晶光纤生长技术研究进展

单晶光纤因其独特的结构特点以及优良的物理性能而被广泛应用于高功率激光器、辐射探测以及高温环境监测等领域。本文综述了单晶光纤的生长技术,探讨了微下拉法(μ-PD)、激光加热基座法(LHPG)以及导模法(EFG)的生长特点,并重点梳理了单晶光纤生长过程中存在的问题及解决方案。此外详细介绍了包层制备技术发展现状以及局限性。最后,阐述了现阶段单晶光纤的主要分类以及应用场景并对未来发展作出展望。     

中红外激光晶体Er∶YSGG的生长及LD泵浦的激光性能

采用提拉法成功生长出了Er∶ YSGG晶体.吸收光谱分析表明Er∶ YSGG晶体在967.5nm有较强的吸收峰和较宽的吸收谱带.采用966nm半导体激光器泵浦YSGG/Er∶YSGG复合激光晶体元件,实现了2.796 μm的连续激光输出,最大输出功率439 mW,相应的斜率效率为12.5;,光光转换效率为10.6;.     

Er掺杂CGA晶体的生长及浓度优化研究

本文采用激光加热基座法生长出一系列掺杂不同Er³⁺浓度(摩尔分数)的Er∶CaGdAlO₄(Er∶CGA)激光晶体,并对制备出的系列晶体开展详细的光学性能研究。结合J-O理论计算和光学性能表征,通过对比吸收光谱中780～840和955～1 020 nm的最大吸收系数、吸收截面、半峰全宽和辐射寿命等,以及荧光发射光谱的发射强度、发射截面和能级荧光寿命等光学性能参数,得到Er³⁺的最佳掺杂浓度为5%。该工作为获得一种有望用于1.5～1.7μm近红外波段全固态激光器的新型激光增益介质提供了一定的实验基础。     

Er:Lu2 O3单晶的导模法生长及性能表征

本文以高纯Lu₂O₃、Er₂O₃为原料,使用自主设计、制造的自动等径导模炉,采用导模法(EFG)生长了φ25 mm×20 mm的7.82%(原子数分数)Er:Lu₂O₃单晶,分凝系数为0.92,并探索了退火条件。X射线衍射仪(XRD)结果为纯相,X射线荧光光谱仪(XRF)结果证明杂质含量较低。利用吸收光谱计算在972 nm及1 535 nm附近的吸收截面,分别为3.24×10^-21 cm²、8.43×10^-21 cm²,半峰全宽(FWHM)分别为28.22 nm、27.31 nm。热学性能测试结果表明,在30 ℃时热导率为13.28 W·m^-1·K^-1。利用扫描电子显微镜(SEM)对晶体表面微观形貌进行了表征。     

双温区热扩散掺杂Fe2+∶ZnSe激光晶体的制备及激光输出性能

本文以CVD ZnSe晶片为基质材料,以FeSe粉末为掺杂物,采用双温区热扩散掺杂技术获得了尺寸为Ø22 mm×4 mm的Fe²⁺∶ZnSe激光晶体。通过二次离子质谱(SIMS)测试该晶体样品表面铁离子浓度为3.43×10¹⁸ cm^-3,并通过X射线光电子能谱(XPS)分析了晶体样品中铁元素的离子价态。采用UV/Vis/NIR分光光度计和傅里叶红外光谱仪测试了Fe²⁺∶ZnSe激光晶体的透过谱图。测试结果显示,在3.0 μm处出现了明显的Fe²⁺吸收峰,峰值透过率为5.5%。以波长为2.93 μm的Cr, Er∶YAG激光器为泵浦源,温度77 K时抽运尺寸10 mm×10 mm×4 mm的 Fe²⁺∶ZnSe晶体,获得了能量为191 mJ、中心波长4.04 μm的中红外激光输出,光光转换效率13.84%。     

中红外激光晶体Dy:PbGa2S4的生长与器件制备

镝掺杂硫镓铅(Dy:PbGa2S4,Dy:PGS)晶体是一种性能优良、具有潜在应用价值的中红外激光介质材料.为推动该晶体的实用化研究,迫切需要制备出大尺寸高品质Dy:PGS单晶.本研究采用自制的双温区管式炉成功合成Dy:PbGa2S4多晶,单次合成量达到230 g;首次采用竖直梯度冷凝法制备该晶体并成功生长出大尺寸高质量Dy:PbGa2S4单晶,尺寸达到φ27 mm×100 mm;通过切割和抛光等处理工艺,成功加工出Dy:PbGa2S4晶体器件,为下一步的激光应用研究打下了坚实基础.     

HPVB法生长的CdSe单晶性能研究

采用有籽晶的高压垂直布里奇曼法(HPVB)生长了直径35 mm的大尺寸CdSe单晶.使用X射线衍射仪测试了晶体的结晶质量,结果表明生长的晶体为纯六方相CdSe单晶,(002)晶面的摇摆曲线峰型尖锐且对称性好,峰值半高宽(FWHM)可达0.082°.使用辉光放电质谱法(GDMS)、霍尔效应测试、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对晶体生长轴向的微量杂质含量及分布、电学性能和光学性能进行测试和分析,结果表明微量杂质在晶体轴向方向呈现出不同的分凝特性,杂质的不均匀分布影响晶体的电学性能和光学性能.晶体呈现出较高的电阻率(108Ω· cm)和优良的红外透过性能,在8~12 μm范围内平均透过率约为70;,吸收系数小于0.058 cm-1.     

ZnSe和Cr∶ ZnSe单晶的温梯法制备及光学性能研究

采用温度梯度法(TGT)生长了直径为32 mm大尺寸ZnSe晶体.对生长出的ZnSe单晶进行了光学性能分析.采用磁控溅射方法在ZnSe晶体上镀铬膜,通过热扩散方法成功制备出中红外Cr∶ ZnSe激光晶体,并研究了Cr∶ZnSe晶体的光谱性能.吸收光谱测试观察到了Cr2+(3d4)取代四面体配位Zn2的5T2→5E能级的跃迁在1800nm的吸收带.77 K低温的光致发光光谱表明Cr∶ ZnSe晶体具有中心波长位于2.2 μm的宽谱带发射特征.     

大尺寸ZnGeP2单晶生长与大尺寸晶体器件制备

磷锗锌(ZnGeP2,ZGP)晶体是一种性能十分优异的中红外非线性光学材料.本研究采用自制的双温区管式炉成功合成出高纯ZGP多晶,单次合成量达到600 g;采用超微梯度水平冷凝法(0.5 ～1℃/cm)成功生长出55 mm×30 mm×160 mm的大尺寸ZGP单晶;通过工艺优化、定向、切割、退火、抛光和高能束流辐照等处理工艺,成功实现大口径(12 mm×12 mm ×50 mm) ZGP晶体器件制备,器件在2.09 μm的吸收系数仅为0.03 cm-1,可以用于大能量和高平均功率红外激光输出.     

中红外激光晶体Er:KPb2Cl5的原料制备和晶体生长

本文是对中红外激光晶体ErKPb2Cl5的原材料处理合成和晶体生长进行的研究报道.由于KPb2Cl5的合成原料容易水解和氧化,我们设计了合适的方案对原料进行了处理,并成功合成出掺杂的稀土氯化物,然后在自制的垂直两温区晶体生长炉内,用Bridgman法成功生长出透明的尺寸为22×10×5mm3的ErKPb2Cl5单晶体,并测试了粉末衍射和吸收光谱.     

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。     

Er3+:CaMoO4单晶的坩埚下降法生长与光谱性能

采用高温固相反应法合成Er3+:CaMoO4多晶料,通过坩埚下降法生长出1 mol; Er3+掺杂CaMoO4单晶;应用X射线粉末衍射证实了晶体材料的结晶物相,测试了退火前后单晶试样的透射光谱、吸收光谱、上转换荧光光谱和近红外荧光光谱,应用Judd-Ofelt理论计算了Er3+:CaMoO4晶体的光谱性能参数.研究表明,在980 nm激发光源作用下,从单晶试样获得较强的上转换绿色荧光发射,且呈现以1535 nm为中心波长的较宽荧光发射;经空气氛退火处理单晶试样的光学透过性得以改善,其上转换荧光发射和近红外荧光发射也得以明显增强.