Cr4+,Nd3+:YAG自调Q激光透明陶瓷的光谱性质

以高纯α-Al2O3、Y2O3、Nd2O3和Cr2O3粉体为原料,CaO为电荷补偿剂,正硅酸乙酯(TEOS)为烧结助剂,采用固相反应法和真空烧结技术成功制备了高质量的Cr4 ,Nd3 :YAG透明陶瓷.研究了其在室温下的吸收光谱和发射光谱性质,O.1%Cr,1.0%Nd:YAG(Cr,Nd为摩尔分数,下同)透明陶瓷在808 nm处的吸收截面为4.27×10-20 cm2,1 064 nm处的发射截面和荧光寿命分别为1.52×10-20 cm2和206μs.由Cr4 ,Nd3 :YAG透明陶瓷的吸收和发射光谱计算出的吸收和发射截面,进一步估算了材料的激光性能参数,并对其激光性能进行理论预测.Cr,Nd:YAG透明陶瓷很可能是一种具有潜力的自调Q激光材料.     

太阳光泵浦Cr,Nd:YAG透明陶瓷的光谱特性和激光参数

太阳光泵浦激光器可将太阳光直接转化为激光,在空间太阳能发电站、深海等领域有着极大的应用前景,而Cr,Nd∶YAG是一种很有潜力的太阳光泵浦激光介质。本文以高纯Y_2O_3、α-Al_2O_3、Nd_2O_3、Cr_2O_3粉体作为原料,采用固相反应法结合真空烧结技术制备了高光学质量的0.1%Cr,1.0%Nd∶YAG透明陶瓷,并研究了其光谱特性和激光参数。根据太阳辐照光谱和Cr,Nd∶YAG陶瓷的吸收和发射光谱,计算了不同条件下Cr,Nd∶YAG陶瓷激光器的泵浦率、阈值太阳聚光比、有效发射截面、饱和光强和阈值输入功率等激光参数。研究发现0.1%Cr,1.0%Nd∶YAG陶瓷(厚度为1.0 mm)在370 nm和1 064 nm处的直线透过率分别为81.5%和84.0%,晶胞密度为4.57 g/cm~3,光学散射损耗为1.4%cm~(-1),吸收带内的太阳辐照度约是太阳常数的42%。上述研究结果表明Cr,Nd∶YAG陶瓷是理想的太阳光泵浦激光介质,可通过优化聚光系统、泵浦方式和陶瓷尺寸获得高功率激光输出。     

Nd3+掺杂的氧化镧钇透明激光陶瓷的光谱性能研究

采用传统无压烧结工艺制备了Nd3+掺杂的Y2-2xLa2xO3(x=0.08)透明陶瓷并对其光谱性能进行了研究.结果表明:Nd3+:Y1.84La0.16O3透明陶瓷在780-850 nm的波长范围内有较宽的吸收带.当Nd 3+ 掺杂量为1.5at%时,在820 nm和激光二极管抽运的808 nm处的吸收截面分别为σ abs (820 nm)= 1.81×10-20 cm2, σabs (808 nm)=1.54×10-20 cm2.最强的发射峰位于1078 nm处,并具有荧光寿命长、发射带宽宽、量子效率高等特点.加入La2O3后,基质的光谱品质参数 X Nd 由1.6减小到0.46,因此和4F3/2-4I 11/2 跃迁相对应的荧光分支比βJ,11/2 增大为56.82%.Nd 3+:Y1.84La0.16O3 透明陶瓷的这些性质有利于高效率的激光输出和超短锁模激光脉冲的实现.     

Yb:Y2－2xLa2xO3激光透明陶瓷的光谱性能

对一种低温易烧结的Yb:Y_2-2xLa_2xO₃激光透明陶瓷的光谱性能进行了初步研究，Yb:Y_2-2xLa_2xO₃激光透明陶瓷具有宽的吸收带和大的吸收截面，在最强的吸收峰977nm处吸收截面达4.0×10^-20cm²；其荧光发射寿命为1.1ms，发射截面在1033nm处为1.0×10^-20cm²，在1077nm处为0.7×10^-20cm².Yb:Y_2-2xLa_2xO₃陶瓷的各项光学性能指标接近或达到单晶的指标. 关键词： 氧化镧钇 激光陶瓷 低温烧结 光谱性能     

掺Yb3+氧化镧钇透明激光陶瓷的光谱特性

采用传统陶瓷烧结工艺,在无压还原气氛下低温制备出透明性良好的掺Yb3+氧化镧钇透明激光陶瓷,测试了其在室温下的吸收光谱、发射光谱和荧光寿命.结果表明,掺Yb3+氧化镧钇透明激光陶瓷的吸收系数随着Yb3+掺杂浓度的增加而增大,最强吸收峰974nm处的吸收截面为0.90～1.12×10－20 cm2;主发射峰1 032 nm和1 075 nm处的发射截面分别为1.05×10－20 cm2和0.87×10－20 cm2; Yb3+掺杂浓度为5at.%时荧光寿命为1.38 ms,并随Yb3+掺杂浓度的增加而减小;当Yb3+掺杂浓度超过10at.%时,样品中存在严重的浓度猝灭.产生浓度猝灭的原因是高掺杂时离子间存在合作上转换和能量转移.     

不同助烧剂对Nd∶YAG激光陶瓷前驱粉体烧结活性的影响

采用氨水共沉淀法制备了Nd∶YAG激光陶瓷前驱粉体,并在其中分别加入助烧剂SiO2和CaCO3。利用XRD、SEM及荧光光谱分析了不同助烧剂对Nd∶YAG激光陶瓷前驱粉体烧结活性的影响。XRD测试结果表明,助烧剂SiO2和CaCO3不能促进Nd∶YAG激光陶瓷前驱粉体的结晶。SEM照片观察发现,SiO2的助烧效果较好,能促进Nd∶YAG激光陶瓷前驱粉体的烧结,增加了前驱粉体的烧结活性,并且通过荧光光谱分析发现,助烧剂不改变Nd3+的4F3/2—4I11/2荧光发射。     

Yb∶FAP晶体的光谱特性

研究了Yb∶FAP晶体的光谱特性.用980nm的InGaAs激光二极管激发测量了Yb∶FAP晶体的偏振发射光谱和荧光寿命,结合晶体的偏振吸收光谱,采用对易法计算了晶体的吸收截面和发射截面.讨论了Yb3+掺杂浓度对Yb∶FAP的光谱参数的影响.在较低掺杂浓度下,Yb∶FAP晶体π偏振方向在903nm处的吸收截面为10×10-20cm2,在1.043μm处的发射截面为5.8×10-20cm2,激光上能级的荧光寿命为1.1ms.比较了Yb∶FAP晶体和Yb∶YAG晶体的光谱性能参数.     

MgAl2O4/Ce∶YAG透明陶瓷的制备及光学性能

采用金属醇盐法制备MgAl2O4前躯体,通过高温煅烧2～4h得到纯相MgAl2O4粉体,再将其与YAG∶Ce荧光粉均匀混合,利用热压烧结并结合热等静压处理得到MgAl2O4/Ce∶YAG透明陶瓷。利用XRD,SEM,EDS和荧光光谱仪对样品进行物相和光学性能分析。实验表明样品由MgAl2O4和YAG两相组成,YAG晶粒均匀地分散在MgAl2O4基质中。样品在340和475nm有两个激发峰。发射光谱在533nm处有一宽峰,属于Ce3+的5d→4f特征跃迁发射,其荧光寿命为59.74ns。结果表明,MgAl2O4/Ce∶YAG透明陶瓷是一种可用于白光LED的新型荧光材料。     

掺镱钼酸锶激光晶体的光谱研究

通过晶体的吸收光谱和荧光光谱研究了Yb3+:SrMoO4激光晶体的光谱性能.由吸收光谱得到晶体在976 nm有最强吸收,该处的吸收截面为1.71×10-20cm2,吸收半峰宽为71 nm.由荧光光谱得到晶体的发射峰在1 021 nm,发射谱带半峰宽为44 nm.由倒易法计算了晶体的发射截面,计算得出晶体在1 021 nm处的发射截面为1.24×10-20cm2.通过拟合荧光寿命衰减曲线得到Yb3+:SrMoO4晶体的荧光寿命为878μs.由光谱数据计算了Yb3+:SrMoO4晶体的激光参数,计算得到饱和泵浦功率密度为4.35 kW/cm2,在激光输出波长处净透过所需要激发粒子的最小分数为10.08%,最小泵浦功率密度为O.44 kW/cm2.Yb3+:SrMoO4晶体具有较大的吸收和发射半峰宽,较长的荧光寿命和较低的激光阈值,可成为一种潜在的LD泵浦激光材料,可能应用于飞秒激光及可调谐激光领域.     

国产掺Nd3+透明薄片陶瓷的光学性能研究

研究了国产透明陶瓷Nd∶YAG和Nd∶YSAG的光学和激光性能.介绍了透明陶瓷Nd∶YAG和Nd∶YSAG的制作方法及其光谱性能,报道了相应的激光实验结果.对于Nd∶YAG薄片激光器,得到了中心波长1 064.2 nm,半高全宽为0.89 nm的激光输出,泵浦阈值功率0.267 W,最大激光输出功率0.319 W.对于Nd∶YSAG薄片激光器,由于荧光寿命比较长,可实现高掺杂,输出激光的中心波长为1 063.8 nm,半高全宽为1.6 nm,最大激光输出功率为0.356 W,斜率效率达23.2％,结果证明国产Nd∶YSAG陶瓷适用于短脉冲薄片激光器.     

Nd:YSAG单晶的光谱和激光性能

用提拉法生长了(1.5 at.%)Nd~(3+):Y_3Sc_2Al_3O_(12)(YSAG)激光晶体,摇摆曲线表明晶体结晶质量优良.测量了该晶体的吸收和发光光谱,表明其适合成熟的808 nm激光二极管(LD)抽运,其~4F_(3/2)→~4I_(11/2)跃迁最强发射波长为1059 nm,发射截面为1.03×10~(-19)cm~2,同时其激光上能级寿命为253μs,表明Nd:YSAG具有和Nd:YAG相近的效率,但其激光上能级寿命比Nd:YAG长约20μs.以LD抽运2 mm×2 mm×6 mm Nd:YSAG激光棒,激光阈值为0.85 W,最高输出功率为1.1 W,激光斜效率为21.1%,光-光转化效率为18.3%.综合表明Nd:YSAG单晶作为激光性能优良的全固态激光材料,更适合全固态调Q激光输出.     

高折射率Nd,La共掺杂氧化钇透明陶瓷的光谱性质及其Judd-Ofelt理论分析

采用液相法和真空烧结技术制备了2.0%Nd,3.0%La共掺杂Y2O3透明陶瓷样品.样品晶粒均匀,大小在22μm左右,在晶粒和晶界处都未见气孔.元素线扫描结果表明,Nd离子和La离子均匀地分布于陶瓷晶粒和晶界处.并测试了样品的吸收光谱和荧光光谱.样品在主吸收峰821nm处的吸收截面为4.3×10-24m2,主荧光发射峰位于1078nm处,实测荧光寿命为0.287ms.采用Judd-Ofelt理论计算了Nd3+在掺La氧化钇陶瓷晶体场中的强度参数Ωλ(λ=2,4,6),自发辐射概率、辐射寿命、荧光分支比等光谱参数.通过F-L公式计算得到2.0%Nd,3.0%La共掺杂Y2O3透明陶瓷中Nd3+的4F3/2→4I11/2跃迁对应的受激发射截面大小为2.0×10-24m2.结果表明,La离子的掺入可以调节氧化钇透明陶瓷的晶体场,有助于制备符合实际需求的固体激光器材料.     

掺钕钆镓石榴石激光晶体光谱分析

掺钕钆镓石榴石(Nd3+: Gd3 Ga5 O12,简称Nd : GGG)激光晶体是固体热容激光器的首选工作物质.采用提拉法生长了Nd:GGG晶体,测试了晶体的吸收及荧光光谱,并利用J-O理论计算了晶体的吸收及发射截面、强度参数、辐射跃迁概率、荧光分支比、荧光寿命等光谱参数.吸收光谱测试及计算结果发现,Nd:GGG晶体的最强吸收峰位于808 nm附近,主峰808 nm的吸收截面积σabs=4.35×10-20cm2,吸收线宽FWHM为8 nm,并且吸收峰强度随掺杂离子浓度的增加而增加.荧光光谱测试及计算结果表明,晶体的最强荧光发射峰位于1 062 nm附近,是Nd3+的4F3/2-4I11/2能级跃迁产生的荧光发射.主发射峰1 062 nm辐射跃迁概率AJJ'=1 832.01 s-1,荧光分支比βJJ=45.07%,荧光寿命τ=250 μs,受激发射截面σ(λ)=21.58×10-20cm2,较大的荧光分支比和受激发射截面易实现4F3/2-4I11/2通道的激光运转.     

5at％Yb3＋：YNbo4的提拉法晶体生长和光谱特性

用提拉法生长了新型激光晶体5at％Yb3＋：YNbO4,测量了它的吸收和光致发光光谱,计算了它的吸收和发射截面,并对其激光性能进行了评估．Yb3＋：YNbO4的吸收半峰全宽为17nm,吸收峰位于933,955,974和1003nm,相应的吸收截面分别为0．73×10^-20,1．85×10^-20,0．86×10^-20。和0．44×10^-20cm2;最大吸收截面值为Yb3＋：YAG的两倍．光致发光谱的发射带的中心位置处于1020nm附近,相应的半高宽为41nm,是Yb3＋：YAG的3倍;Yb3＋：YNbO4在955,974,1005,1021和1030nm处都有着较大的发射截面,截面值分别为0．69×10^-20,0．86×10^-20,1．81×10^-20,1．11×10^-20和0．57×10^-20cm2,最大发射截面值与Yb3＋：YAG相当．Yb3＋：YNbO4晶体的宽发射带有利于实现相应波长的超短脉冲和可调谐激光输出,表明它是在这些领域非常有希望的全固态工作物质．     

白光LED用新型MgAl2O4/Ce∶YAG透明陶瓷的发光性能

采用金属醇盐法制备MgAl2O4前驱体,通过高温煅烧2～4 h得到纯相MgAl2O4粉体,再将其与YAG∶Ce荧光粉均匀混合,利用热压烧结并结合热等静压处理得到MgAl2O4/Ce∶YAG透明陶瓷。利用X射线衍射、紫外-可见分光光度计等测试手段对样品进行表征。样品由MgAl2O4和YAG两相组成,在340 nm和475 nm有两个激发峰。发射光谱在533 nm有一宽峰,属于Ce3+的5d→4f特征跃迁发射。该透明陶瓷封装蓝光芯片所得白光LED器件在35 mA驱动下的发光效率为133.47 lm.W-1,其寿命及色温稳定性优于采用传统方式封装的白光LED。实验结果表明MgAl2O4/Ce∶YAG透明陶瓷是一种可用于白光LED的新型荧光材料。     

激光、激光技术 激光工作物质

TN2442007043141Cr4 ,Nd3 ∶YAG自调Q激光透明陶瓷的光谱性质=Spectroscopic properties of Cr4 ,Nd3 ∶YAGtransparentceramics for self-Q-switched laser[刊,中]/李江(中科院上海硅酸盐研究所.上海(200050)),吴玉松…//发光学报.?2007,28(2).?219-224采用固相反应和真空烧结     

Ce∶YAG透明陶瓷的制备及性能研究

以高纯Al_2O_3、Y_2O_3和CeO_2为原料,采用固相法制备Ce∶YAG(掺铈钇铝石榴石)透明陶瓷,研究了稀土离子掺杂浓度以及烧结温度对陶瓷样品光学性能的影响。结果表明:陶瓷片透过率随着烧结温度的升高而增大,1750℃烧结获得的0.5%Ce∶YAG陶瓷片的透过率高达81.7%。Ce∶YAG陶瓷片的激发峰和发射峰分别位于350nm和530nm处,在白光LED领域具有极大的应用价值。     

端面抽运Nd∶YAG陶瓷1.83 μm激光

报道了基于Nd∶YAG透明陶瓷4F3/2-4I15/2跃迁实现1.83 m激光输出的研究。采用简单紧凑的平凹腔结构,结合对腔镜镀膜参数的设计,控制其他能级跃迁谱线对应波长激光的透射损耗来抑制较强能级跃迁对应的激光振荡。在入射抽运功率14.6 W的808 nm波长半导体激光端面抽运Nd∶YAG透明陶瓷,获得了0.65 W的1.83 m激光输出,斜率效率5.8%。可见Nd∶YAG透明陶瓷可望成为获得1.8 m波段激光直接输出的激光介质。     

Yb3+,Er3+:YAG透明陶瓷的制备和1.5 μm波段光谱性能研究

采用固相法和真空烧结技术制备了5at%Yb3+,2at%Er3+:YAG透明陶瓷.在1760 ℃真空烧结30 h后, 陶瓷样品具有较高透过率.SEM观察表明制备的透明陶瓷在晶粒和晶界处无气孔、第二相的存在.样品的吸收光谱和荧光光谱的测试结果表明: Yb3+在940 nm波长处有具有较强的吸收系数.样品在1030 nm波长的荧光寿命仅为0.274 ms,以及在1.5 μm波段的荧光衰减寿命曲线中,初始的荧光强度呈上升趋势,这些表明了Yb,Er:YAG陶瓷中的Yb3+→Er3+离子间存在能量转移.利用Judd-Ofelt理论拟合出Er3+的强度参数Ωλ,计算出了各能级跃迁寿命和积分发射截面等参数. Er3+离子在1.5 μm波段的光谱参数(发射截面和荧光寿命)的理论结果与实验结果符合较好.比较了Yb,Er:YAG透明陶瓷各能级跃迁的光谱参数, 1.5 μm波段对应的4 I13/2→4 I15/2能级跃迁较其他能级跃迁具有较大的发射截面、荧光分支比和上能级寿命,证明了 Er,Yb:YAG 透明陶瓷实现在1.5 μm人眼安全波段激光输出的可行性.     

Yb~(3+):GdTaO_4的提拉法晶体生长和光谱特性

用提拉法生长了新型激光晶体Yb~(3+):GdTaO_4,测量了它的吸收和光致发光光谱,计算了它的光谱特性参数。Yb~(3+):GdTaO_4的吸收半峰全宽(FWHM)为56 nm,约为Yb~(3+):YAG的2.4倍;吸收峰为930,957,974 nm,吸收截面分别为0.81×10~(-20),0.91×10~(-20),1.2×10~(-20)cm~2;光致发光发射主峰为1016,1035 nm的FWHM分别为42,57 nm,为Yb~(3+):YAG的4～6倍,发射截面约为2.29×10~(-20),1.36×10~(-20)cm~2,与Yb~(3+):YAG相当。它的宽吸收带有利于降低抽运激光二极管(LD)的温度调控依赖,宽的发射带则有利于实现超短脉冲和可调谐激光输出。结果表明Yb~(3+):GdTaO_4是非常有希望的全固态超短脉冲激光、可调谐激光的工作物质。