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%。     

Nd∶GdVO4晶体生长及其1064nm的激光特性

本文报道了用Czochralski方法生长Nd∶GdVO4晶体,测量了该晶体的偏振吸收谱和荧光谱,表明晶体在808.5nm有吸收峰,其发射波长在1064nm.晶体中掺Nd浓度的原子分数为1.56;的Nd∶GdVO4的4F3/2荧光寿命为100μs.用激光二极管泵浦1mm厚的Nd∶GdVO4晶体,得到了超过1W 1064nm的输出光,泵浦阈值为20mW,光-光转换效率为55.9;,斜效率为63;.     

多孔坩埚温度梯度法生长Ho,Y∶CaF2晶体及其光谱性能

采用自主设计改造的温梯炉,成功生长了不同浓度Ho³⁺、Y³⁺掺杂的CaF₂及Sr_xCa_1-xF₂晶体,晶体尺寸约为ϕ15 mm×55 mm,生长周期约为6 d,能够实现7种不同浓度晶体的同步生长,并选取其中的4%(原子数分数)Ho,4%Y∶CaF₂晶体进行分析,吸收测试表明,该晶体448 nm和643 nm处吸收峰的吸收截面分别是1.13×10^-20 cm²和0.84×10^-20 cm², J-O理论分析得到了晶场强度参数Ω_t(t=2、4、6)、辐射跃迁几率、荧光分支比和辐射寿命。在448 nm氙灯激发下,经计算得到该晶体在546 nm、650 nm 和752 nm处的发射截面分别为10.450×10^-21 cm²、8.737×10^-21 cm²和5.965×10^-21 cm²,测得⁵F₄和⁵F₅能级的寿命分别为33.5 μs和17.7 μs。在640 nm LD泵浦激发下,经计算得到该晶体2 031 nm处发射截面为5.375×10^-21 cm²,2 847 nm处发射截面为10.356×10^-21 cm²,测得⁵I₇和⁵I₆ 能级的寿命分别为4.37 ms 和1.85 ms。以上结果表明,多孔坩埚温梯法能够大大提高激光晶体稀土离子掺杂浓度筛选的效率,加快新型激光晶体材料的研发速度。     

Si4+共掺杂Yb∶YAG单晶生长和光谱特性研究

利用提拉法生长了Si⁴⁺共掺杂Yb∶YAG单晶,该晶体属于立方晶系,O_h¹⁰-Ia3d空间群。掺杂的Si⁴⁺没有改变YAG的晶体结构,但是影响了发光离子的价态。吸收光谱表明Si⁴⁺的引入使得Yb²⁺含量增多,这是由于Si⁴⁺引入了过量的电荷,为满足电价平衡,Yb³⁺转换为Yb²⁺。Yb²⁺的出现降低了Yb∶YAG的发光强度。稳态X射线激发发射光谱结果表明Si⁴⁺共掺杂Yb∶YAG晶体的发光强度是Yb∶YAG的63%,γ射线激发下的光产额降至原来的40%。此外,由于原料中含有多种Yb的同位素,Yb∶YAG除了可以被X射线、γ射线激发出荧光外,还可以与中子发生核反应产生带电粒子,进而引起次级反应产生荧光。荧光的产生仍然由Yb³⁺决定,因此,Si⁴⁺掺入也降低了中子探测灵敏度。     

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。     

红外飞秒激光诱导Ce3+掺杂闪烁晶体的上转换发光研究

本文研究了红外飞秒激光照射下Ce3+ 掺杂的YAP和LSO两种闪烁晶体的上转换发光现象.实验发现在飞秒激光泵浦下,这两种晶体的荧光均来自于Ce3+离子的5d-4f跃迁.荧光强度与泵浦光功率之间的依赖关系揭示了Ce3+:YAP和Ce3+:LSO晶体的上转换过程皆由三光子吸收过程所主导.分析表明,Ce3+:YAP和Ce3+:LSO晶体中的三光子吸收是三光子同时吸收.     

Nd:YVO4/YVO4晶体的热键合及其激光性质的研究

为改善高功率激光器激光工作物质的热效应,本文采用热键合的方法研制了Nd:YVO4/YVO4复合晶体,键合晶体的波前干涉P-V值为0.082λ(λ=0.6328μm),键合面对波前的影响很小.它在LD端面连续泵浦条件下,从泵浦光到基频光的转换效率可达60;, 特别当泵浦功率比较大时,键合晶体的输出功率比单块晶体有较大的提高.     

LaBr3:Ce,Sr闪烁晶体的生长及性能研究

采用自发成核坩埚下降法生长了直径25 mm的铈、锶共掺溴化镧(LaBr₃∶5%Ce,x%Sr,简称LaBr₃∶Ce, Sr,其中x=0.1、0.3、0.5,摩尔分数)闪烁晶体,测试对比了晶体的X射线激发发射光谱、透过光谱和脉冲高度谱等。结果表明,不同Sr²⁺掺杂浓度的LaBr₃∶Ce, Sr晶体在X射线激发下的发射光谱波形基本一致,但相比未掺杂Sr²⁺的样品,发射峰的峰位发生了明显的红移,随着Sr²⁺掺杂浓度的增大,发射峰红移程度增大。不同Sr²⁺掺杂浓度的LaBr₃∶Ce, Sr晶体在350～800 nm不存在明显的吸收峰,0.3%和0.5%Sr²⁺掺杂晶体的透过率有所降低。随着Sr²⁺掺杂浓度的增大,能量分辨率逐步提高,Sr²⁺掺杂浓度为0.5%时,LaBr₃∶Ce, Sr晶体的能量分辨率最高,达2.99%@662 keV...     

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.     

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。     

掺Sr2+溴化铈晶体的生长与闪烁性能研究

采用坩埚下降法生长了直径为25.4 mm的纯溴化铈晶体和0.1%、0.2%和0.5%(摩尔分数)Sr²⁺掺杂的溴化铈晶体。将所生长晶体加工成直径25.4 mm、厚度10 mm的坯件,并进行紫外和X射线激发荧光光谱、¹³⁷Cs源激发多道能谱等测试。结果表明:Sr²⁺掺杂会导致晶体X射线激发下的发射光谱出现轻微红移,而随着Sr²⁺掺杂量的增加,晶体的能量分辨率依次提高,光输出依次降低;当Sr²⁺掺杂量为0.5%时,溴化铈晶体的能量分辨率最高,达3.83%@662 keV,但过高含量的Sr²⁺掺杂会造成晶体生长困难。综合考虑晶体性能和生长情况,Sr²⁺掺杂量为0.2%时较为适宜,所获得的ϕ25.4 mm×25.4 mm CeBr₃∶0.2%Sr晶体封装件的能量分辨率为3.92%@662 keV。     

掺Er3+晶体近3 μm中红外激光研究进展

Er³⁺近3μm激光是高精度激光手术的理想光源,此外其本身可作为中远红外激光系统的泵浦源,对长波激光的发展具有重要价值.研究表明,Er离子间的合作上转换能够抑制激光下能级寿命过长引起的粒子阻塞,显著提高激光效率.据此提出的“高浓度掺杂”方案造成了增益晶体严重的热效应,限制了激光功率提升.本文简要总结了关于掺Er³⁺晶体激光自终止和合作上转换的研究成果,介绍了目前实现高功率近3μm激光的实验方案及其研究进展,对高功率Er³⁺近3 μm激光的发展进行了展望.     

Nd:YVO4键合晶体声光调Q输出泵浦的光参量振荡器

通过采用非线性相位匹配的KTiOPO4晶体,成功实现了使用LD泵浦的Nd∶YVO4/Nd∶YVO4/Nd∶YVO4键合晶体激光器声光调Q输出泵浦的光参量振荡.当泵浦功率为8.29 W,声光调制频率为30 kHz时,获得了0.92 W的1570 nm信号光的最大平均输出功率,信号光的最窄脉宽为1.04 ns,最大峰值功率为29.5 kW.光光转换效率:对1064 nm泵浦光为54.4;,而对808 nm二极管泵浦光束只有11.1;.     

Nd：GdVO4晶体生长及其1064nm的激光特性

本文报道了用Ｇｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ方法生长Ｎｄ：ＧｄＶＯ４晶体,测量了该晶体的偏振吸收谱和荧光谱,表明晶体在８０８．５ｎｍ有吸收峰,其发现波长在１０６４ｎｍ。晶体中掺Ｎｄ浓度的原子分数为１．５６％的Ｎｄ：ＧｄＶＯ４的＾４Ｆ３／２荧光寿命为１００μｓ。用激光二极管泵浦１ｍｍ厚的Ｎｄ：ＧｄＶＯ４晶体,得到了超过１Ｗ１０６４ｎｍ的输出光,泵浦阀值为２０ｍＷ,光－光转换效率为５５．９％,斜效率为６３％。     

Nd3+:Sr3Ga2Ge4O14晶体的生长及吸收光谱

采用坩埚下降法生长了Nd3+掺杂浓度分别为15;、8;和2.5;原子分数的Sr3Ga2Ge4O14晶体,所得晶体最大尺寸为φ26mm×15mm.Nd3+掺杂Sr3Ga2Ge4O14晶体的特征吸收峰波长为806nm,与Nd3+离子在YAG中的特征吸收峰相比,向短波方向发生了微小的偏离.这是Sr3Ga2Ge4O14晶格中Ga3+和Ge4+的统计分布所致.Nd3+:SGG晶体的这些特性将有助于泵浦效率的提高和泵浦阈值的降低,因此Nd3+:SGG晶体有望成为一种新型的LD泵浦固体激光材料.     

不同直径Cr:Al2O3圆柱晶体的制备及其光学性能研究

采用光学浮区法制备了不同Cr³⁺掺杂浓度的Cr∶Al₂O₃晶体,并根据需要制备了不同直径(2 mm至13 mm)的长度大于100 mm的圆柱状Cr∶Al₂O₃晶体。测量了在制备Cr∶Al₂O₃晶体不同阶段所获得的粉末料棒、陶瓷料棒和晶体的密度,分别为0.928、2.230和4.051 g/cm³。XRD图谱显示,Cr∶Al₂O₃晶体为α-Al₂O₃相。透射光谱表明,Cr∶Al₂O₃晶体可见光非特征吸收波段透过率大于80%。吸收光谱和光致激发光谱(监测669 nm光)均显示,Cr∶Al₂O₃晶体在418及559 nm处有较强吸收带,分别对应Cr³⁺从⁴A₂至⁴     

高密度闪烁体Nd∶GdTaO4和Nd∶LuTaO4发光跃迁强度计算

GdTaO₄和LuTaO₄是具有快发光衰减的新型重闪烁体。采用全谱拟合方法拟合了808 nm 激光二极管(LD)激发的M相Nd∶GdTaO₄和M′相Nd∶LuTaO₄的光致发光谱,给出了它们的跃迁强度参数A^k_t,p。在808 nm 激光激发下,GdTaO₄中Nd³⁺离子⁴F_3/2能级的上下两个晶场子能级的粒子布居数比例接近1,而在Nd∶LuTaO₄中则为1.30、1.41,表明在808 nm激光激发下,Nd³⁺的⁴F_3/2两个晶场子能级间的无辐射弛豫速率与激发速率相近。通过给出的跃迁强度参数A^k_t,p计算了Judd-Ofelt跃迁强度参数Ω_t,计算了Nd³⁺在GdTaO₄、LuTaO₄中的²P_3/2跃迁几率,表明GdTaO₄和LuTaO₄中Nd³⁺的数百纳秒发光跃迁是由高的无辐射跃迁几率导致的快发光衰减。     

Pb2+掺杂CaMoO4∶Dy3+,Eu3+荧光粉发光性能及能量传递机理的研究

采用共沉淀法合成了Pb²⁺掺杂CaMoO₄∶Dy³⁺,Eu³⁺荧光粉,通过X射线衍射仪、荧光分光光度计对荧光粉的物相组成、发光特性以及激活离子间能量传递效率进行了表征及分析。结果表明,掺杂Pb²⁺的CaMoO₄∶Dy³⁺,Eu³⁺荧光粉样品没有出现新的衍射峰,说明Pb²⁺很好地代替Ca²⁺进入到晶格当中,CaMoO₄∶0.05Dy³⁺,0.15Eu³⁺,0.15Pb²⁺荧光粉晶胞参数为a=b=0.548 9 nm, c=1.275 3 nm, Z=2,属于四方晶系,在391 nm波长激发下,484 nm处为Dy³⁺(⁴F_9/2→⁶H_15/2)的蓝光特征发射峰,575 nm处为Dy³⁺(⁴F_9/2→⁶H_13/2)跃迁产生的黄光发射峰,593 nm处为Eu³⁺(⁵D₀→⁷F₁)跃迁产生的橙光发射峰,619 nm处为Eu³⁺(⁵D₀→⁷F₂)跃迁产生的红光发射峰。通过计算得出CaMoO₄∶Dy³⁺,Eu³⁺荧光粉中Dy³⁺和Eu³⁺之间临界传递距离为1.542 6 nm,能量传递机理是偶极-四极相互作用,能量传递效率接近60.31%,掺杂金属离子Pb²⁺的荧光粉样品能量传递效率最高提升至72.40%。所以,掺杂Pb²⁺能够大幅度提升Dy³⁺与Eu³⁺之间能量传递效率和改善荧光粉的发光性能,因此其在白光LED领域具有重要研究意义。     

提拉法YVO4+Nd∶YVO4复合晶体的生长研究

采用提拉法成功生长出YVO4+Nd∶ YVO4复合晶体,相对于采用光胶方法键合的晶体具有免键合面洁净处理,免键合面抛光的优点.且不会出现类似键合过程中产生的色心、气泡、裂纹等缺陷.且较其它方法还省了工序,复合面结合稳固,操作方便简单,晶体光学性能优良等优点,本文对该方法进行了介绍.     

坩埚下降法生长的大尺寸BaF2∶Y闪烁晶体的闪烁性能及辐照损伤研究

本文使用垂直坩埚下降法制备了40 mm×40 mm×350 mm的BaF₂∶5%Y(摩尔分数)晶体，并对晶体样品进行了掺杂含量、闪烁性能、光学性能和辐照损伤的研究。距离籽晶端0～300 mm范围内的Y³⁺掺杂浓度(摩尔分数)为5.1%±0.9%。晶体样品的平均光输出为2 100 ph/MeV,在662 keV处的最优能量分辨率为10.1%。经⁶⁰Co放射源辐照累积剂量1 Mrad后，样品在波长220 nm处的透过率由辐照前的87.3%下降至83.5%,在波长300 nm处的透过率由91.8%下降至89.9%。BaF₂∶Y晶体的抗辐照性能差于BaF₂晶体，经过累积剂量辐照后，BaF₂∶Y晶体对波长300 nm光的吸收明显增强。