氟化物晶体加工工艺的研究

目前我国晶体加工水平同发达国家相比尚有很大差距 ,而国内外许多光学厂家需要的恰恰是晶体的光学元件 ,而不是毛坯。故提高氟化物晶体加工水平是至关重要的。在加工中 ,针对氟化物晶体材料的特殊性能 ,我们采用了一些特殊方法。1 晶体的切割大多数晶体有解理 ,易脆 ,对温度敏感 ,利用传统的玻璃切割方法极易造成炸裂和破损 ,且切出来的晶体边缘有微小裂痕不易发现 ,给后来的粗磨、抛光带来隐患。氟化物晶体切割经常采用金刚石薄锯片外圆或内圆切割机。切前要调冷却水的水温。并且不同的晶体切割时进刀速度、切割方向 (同解理面成一定角度 )、晶体定位等均不相同。通过实践 ,我们掌握了这方面的规律 ,极大地提高了成品率。2 晶体器件粗磨大多数晶体由于存在解理面 ,因此在外力作用下易沿解理面片状脱落 ,故在粗磨和精磨过程中必须注意解理面和加工面的相互位置。当二者近似平行或角度很小时 ,研磨就要非常小心。CaF2 晶体热膨胀系数大 ,热导率小 ,因而抗热冲击性能很差。特别是大尺寸晶体 ,在加工过程中极易炸裂。通过实践 ,我们对不同晶体采用不同的温水调和料进行加工 ,在粘盘时 ,将零件和粘盘一起缓慢预热 ,结果效果很好。3 晶体器件抛光抛光是光学生产中影响零件加工效率和表面质量的最重要工序?

多孔坩埚制备高质量氟化物晶体

采用改进的Bridgman法及独特设计的多孔石墨坩埚批量生长出了高质量的氟化物晶体,通过该方法可以制备出不同尺寸、不同形状的各类氟化物晶体。与传统单孔坩埚相比,可以有效提高氟化物晶体的成品率,降低生产成本。

氟化物磁光晶体的研究进展与应用

光通信技术发展迅速,激光平均功率不断提高,磁光隔离器是保证激光单向传输、维持光学系统稳定高效工作的基础,而磁光介质作为磁光隔离器的核心部件也因此得以快速发展。首先简要介绍了几种磁光材料以及当前广泛应用的石榴石磁光晶体的缺点、法拉第效应的原理和应用,随后系统分析了作为新一代磁光晶体的各类氟化物磁光晶体的优缺点,最后展望了CeF_(3)磁光晶体潜在的应用前景以及未来氟化物磁光晶体的发展趋势。

氟化物激光晶体Nd^(3+)∶LiY_F4的坩埚下降法生长

晶体Nd3 +∶LiYF4是一种优良的LD泵浦激光工作物质 ,该晶体主要采用提拉法生长 ,迄今尚未见采用坩埚下降法生长该晶体的研究报道。本研究组进行了氟化物激光晶体的坩埚下降法生长工艺的研究 ,获得了大尺寸的激光晶体Nd3 +∶LiYF4。本实验采用氟化物试剂LiF(CP)、YF3 (AR)、NdF3 (AR)为初始原料 ,并用高温氟化法对氟化物原料进行脱水处理 ,以获得能满足晶体生长需要的无水氟化物原料。根据体系相平衡关系 ,晶体配合料的最佳组成应为LiF∶YF3 =5 1 .5∶48.5 ,同时考虑到在晶体Nd3 +∶LiYF4中Nd3 +是通过替代Y3 +而进入晶格的 ,确定按化学式Li5 1.5 Y47.5 Nd1.0 F4所示组成配制晶体配料 ,其中激活离子Nd3 +的掺杂浓度为 1mol%。在装填坩埚之前 ,将配料再次进行氟化处理 ,并烧结成多晶料。选用铂坩埚的尺寸为2 8× 2 5 0mm ,将籽晶放置于坩埚下端并填装配料后 ,焊接坩埚两端以隔绝空气 ,使晶体生长在密闭条件下进行。该晶体生长所用的坩埚下降生长炉采用电阻加热和铂 铂铑热电偶测温 ,控制炉温 92 0～95 0℃ ,生长体系的固液界面温度为 81 9℃左右 ,界面的温度梯度为 2 0～ 30℃ ,坩埚下降速度为0 .4～ 0 .8mm/h。在上述条件下已生长出尺寸达2 5mm× 6 0mm的透明、浅紫色、无散射的Nd3 +∶LiYF4晶体。

稀土离子掺杂氟化物激光晶体研究进展

稀土离子掺杂氟化物晶体具有宽透光波段高透过率、低声子能量、长荧光寿命、负热光系数等优良特性,可以产生从紫外到中红外波段激光,是一类重要的激光增益介质。本文综述了本团队在稀土离子掺杂LiLuF_(4)、LiYF_(4)、BaY_(2)F_(8)、LaF_(3)、PbF_(2)、CeF_(3)等氟化物晶体生长、光学和激光性能等方面的研究进展,总结了稀土离子共掺敏化、退激活、能级耦合调控以及多离子发光等方面的研究工作,展望了稀土离子掺杂氟化物激光晶体的研究发展趋势。

掺铒CaF_(2)、SrF_(2)、PbF_(2)晶体的光谱性能与团簇结构研究

3μm波段中红外激光处于大气传输窗口,又可以作为基础光源,是激光技术研究的前沿。目前,铒离子激活的激光晶体材料是产生3μm中红外激光的重要途径之一。然而,Er3+离子4I11/2激光上能级荧光寿命较短,下能级4I13/2的寿命较长,难以实现粒子数反转,导致自终止现象。为了解决这一难题,往往需要高浓度掺杂,通过能量传递降低4I13/2能级的寿命。然而高浓度掺杂又会造成晶体热性能变差,限制了掺Er3+激光晶体效率和功率。三阶铒离子容易在氟化物晶体中形成团簇,导致稀土离子间距缩短,即使在低掺杂浓度下稀土离子之间的能量传递作用仍较为显著。同时,低浓度掺杂还可以减轻激光运转下晶体的热堆积效应。掺铒氟化物晶体已成为一类重要的高功率、高效率中红外激光材料。然而,掺铒氟化物晶体的光谱性能与铒离子团簇结构之间的相互联系尚不明确,制约了掺铒氟化物晶体光谱和激光性能的进一步发展。本文采用第一性原理计算模拟了铒离子在CaF_(2)、SrF_(2)和PbF_(2)晶体中的团簇结构。结果显示,铒离子团簇结构随基质晶体变化逐渐演变。结合模拟计算和实验表征定性揭示了不同晶体离子团簇与光谱性能的联系,为掺铒氟化物中红外激光晶体材料的调控与设计提供参考。

中红外氟化物激光晶体的生长和性能优化研究

中红外激光晶体材料作为激光技术核心增益材料之一,在军事光电对抗、激光医疗、卫星遥感、环境监测、基础科学等领域具有非常重要的应用。本文介绍了近年来在中红外氟化物激光晶体材料中,关于晶体生长、光学性能优化以及中红外激光性能等方面的研究工作,特别是在中红外光学性能优化调控方面,主要介绍基于稀土能级耦合的相互作用,有效抑制发光离子的自终止效应,以及为发光离子提供有效泵浦通道。

单掺杂和共掺杂氟化物纳米晶体的发光特性

基质结构的变化为掺杂稀土发光离子提供了不同的局域环境,从而为改变和影响掺杂离子的光发射性质提供了条件。本文采用激光光谱学的方法从实验上研究了基质变化对氟化物纳米晶体中的掺杂稀土Eu^3＋和Pr^3＋的光发射性质的影响规律,以及同一基质中单掺杂和共掺杂稀土离子的光发射特性。结果发现：可通过变换基质和离子共掺杂来实现荧光谱线强度和色纯度的改进。依据掺杂离子的能级结构以及纳米晶体基质的对称性变化等因素,对所观测到的实验现象进行了分析讨论。

氟化物闪烁晶体的研究进展与趋势

本文综述近年来氟化物闪烁晶体研究进展,简要介绍了氟化物晶体的基本特性和生长工艺,详细介绍了氟化物闪烁晶体的闪烁性能研究及发展,并对今后该类晶体的发展进行了展望,认为K(Y_(1-x)Lu_x)_3F_(10)和Ce_(1-x)Lu_xF_3混晶体系可能是两种有潜力的闪烁材料。

氟化物激光晶体及其在固体激光器中的应用

固体激光基质材料可以分为晶体、玻璃、光纤和陶瓷。相对于其他材料,晶体的优点表现在热导率高、荧光谱线窄、硬度比较大等方面,因而在固体激光器中获得了更广泛的利用。作为一类重要的激光基质材料,氟化物激光晶体种类多,研究活跃,一直是激光材料的热点之一。介绍CaF_2、LaF_3、MnF_2、ZnF_2、KMgF_3等激光晶体基质以及Nd、Er、Cr、Yb、Co等离子掺杂激光晶体,特别是MgF_2、YLF、LiSAF等激光晶体,探讨了这些材料的发光特性,并与YAG等常用氧化物激光晶体进行了比较。与其他激光介质相比,氟化物激光晶体具有自发荧光寿命长、折射率受温度影响小、热透镜效应小、热稳定性好等优点,决定了其在固体激光器领域特殊的应用价值。在对氟化物晶体的激光器应用分析基础上,展望了氟化物激光晶体未来的研究前景。

新型氟化物激光晶体

基于近年来的工作，并与Ｔｉ３＋ ｖＡｌ２Ｏ３激光晶体对比，对掺Ｃｒ３＋ 的ｃｏｌｑｕｉｒｉｉｔｅ结构氟化物激光晶体的性能进行了分析，论述了此类激光晶体的优势和不足。

Tokuyama培养氟化物晶体增长技术

Tokuyama公司计划培育其大尺寸氟化物单晶体增长的特有工艺，成为公司5～10年间的核心技术之一。该技术是公司与tohoku大学联合开发的大尺寸氟化钙单晶体生产工艺。

Nd,Gd:SrF_(2)晶体材料在宽带放大中的光谱增益特性

光谱的增益窄化是影响超短脉冲宽带放大的关键因素之一.本文利用Nd,Gd:SrF_(2)晶体发射光谱的特点,开展了宽带放大中的光谱增益特性理论和实验的研究.通过数值模拟,详细研究了激光增益介质在不同的光谱增益线型及不同增益倍数下,输出光谱的演化规律.Nd,Gd:SrF_(2)晶体光谱增益窄化特性研究实验结果表明,输入光谱半高宽为5 nm时,在140倍的增益条件下,Nd,Gd:SrF_(2)晶体的输出光谱宽度未见明显窄化,实验结果与理论计算分析相符合.研究结果为氟化物晶体在宽带啁啾脉冲放大的应用奠定了基础.

Nd,Y∶SrF_(2)激光晶体的位错缺陷表征及分布研究

氟化物激光晶体Nd,Y∶SrF_(2)(NYSF)具有热导率高、发射光谱宽、发射截面适中等特点,在高功率激光技术领域具有重要应用。激光晶体中的位错是反映其晶格完整性的一类重要的微观晶体缺陷,对晶体材料的力学、光学性能具有重要影响。本文采用坩埚下降法制备了NYSF激光晶体,分析了腐蚀实验条件对位错蚀坑形貌的影响,获得了化学腐蚀法研究NYSF晶体位错缺陷的最佳腐蚀工艺,即浓度为4 mol/L的盐酸溶液作为腐蚀液,腐蚀温度为60℃、腐蚀时间为9~12 min;表征了位错腐蚀坑形态的演变过程,探讨了晶格原子排列对位错蚀坑形态的影响;利用化学腐蚀方法表征了位错缺陷在晶体中的分布规律,即轴向分布为从放肩到尾部先减少后增加,径向分布为从中心到边缘逐步增加;分析了晶体生长条件对位错缺陷形成的影响,提出了位错密度随坩埚下降速率的提高而升高的可能原因。

单颗粒稀土微/纳晶体上转换荧光行为的光谱学探究

利用激光共聚焦显微镜系统研究了系列单颗粒NaYF_4:Yb/Er微晶的上转换荧光强度、空间分布和动力学过程.结果表明:荧光强度和动力学过程不但依赖于样品的长径比,而且依赖于样品的具体制备途径.荧光强度和红色荧光寿命随样品长径比的增大而增大,在具有相同长径比的NaYF_4:Yb/Er微米棒中,相比于调柠檬酸的量,调控pH制备的样品展示了更优异的上转换荧光特性.更有趣的是:不同样品的荧光图案展示了异向空间分布,暗示了其在编码和显示等领域的应用优势.荧光特性依赖于样品长径比和制备过程的物理机理被进一步研究和揭示:在微米晶体内,荧光强度主要依赖于样品的晶格内Na^+缺陷的数量.该研究为高效上转换荧光材料的合成积累了数据,而NaYF_4:Yb/Er微晶中红色荧光寿命对晶格缺陷更加敏感的特性也可能使其成为晶格结晶度的探针.

用数学模型计算生长大尺寸光学晶体加热系统结构 第2部分—在φ4 00mmCaF_2晶体生长中计算辐射-传导热交换的方法和结果(英文)

大尺寸氟化物晶体的生长是基于对晶体炉热交换的实验研究和计算结果 ,在晶体生长过程的不同阶段解决了复杂结构生长容器的边界条件和温场的二维计算任务。我们在这里给出了晶体生长过程中温场设置和转变的具体数据。所有的计算都是根据晶体、熔体 ,容器材料的光学特性与光谱和温度的关系以及它们的热物理值与温度的关系做出的。这些结果包括了迄今有关氟化物晶体生长系统和过程的最精确的数据 ,可用于生长技术工艺的发展以及晶体生长炉和容器的设计。

镱钠共掺氟化钙锶混晶近红外光谱与激光参数

研究了15%Yb,20%Na∶CaF_(2)-SrF_(2)混晶(Yb,Na∶CaF_(2)-SrF_(2),CaF_(2)∶SrF_(2)=1∶1)的近红外光谱和激光参数特性。研究显示,Yb,Na∶CaF_(2)-SrF_(2)混晶在974 nm处吸收带宽为22 nm,吸收系数为13.09 cm^(-1),吸收截面为0.31×10^(-20) cm^(2)。Yb^(3+)离子在CaF_(2)-SrF_(2)基质中主发射峰中心波长位于1010 nm,肩峰中心波长位于1036 nm,发射带宽为56 nm,在^(2)F_(5/2)→^(2)F_(7/2)能级之间跃迁对应的荧光寿命为228μs。采用激发波长980 nm时,1010 nm处发射截面为6.52×10^(-20) cm^(2)、1036 nm处发射截面为4.11×10^(-20) cm^(2),分别是915 nm激发时的1.49倍与1.68倍;实现激光输出波长1036 nm处达到布居反转时所需要激发的激活粒子数的最小分数β_(min)为0.34%,在零声子线974 nm处的饱和泵浦功率密度I_(sat)为290.58 kW·cm^(-2)。上述结果表明,Yb,Na∶CaF_(2)-SrF_(2)混晶在近红外波段高能量激光系统中具有潜在应用前景。

Yb^(3+)∶LiYF_4激光晶体的生长与光谱性能

报道了氟化物激光晶体Yb3+∶LiYF4的单晶生长与光谱性能。按照n(LiF)∶n(YF3)∶n(YbF3)=51.5∶47.5∶1.0制备配合料,经干燥HF气氛下的固相烧结合成制备出无水Yb3+∶LiYF4多晶料;采用非真空密闭条件下的坩埚下降法成功生长出系列12 mm尺寸的透明完整Yb3+∶LiYF4单晶。采用化学分析和光谱测量表征了所生长单晶的掺杂浓度和光谱性能,结果表明,Yb3+离子已成功掺杂进入基质晶体,其有效分凝系数估算为0.455;此单晶在较宽波长范围内具有良好光学透过性,在896 nm波长激发光作用下,该单晶具有930~1 030 nm波长范围的荧光发射,其荧光衰减寿命为1 888μs。

Pr^(3+)/Yb^(3+)共掺氟化物微米晶体的上转换荧光研究

以乙二胺四乙酸(EDTA)为络合剂,应用水热法合成了Pr3+/Yb3+共掺的六方相NaYF4和四方相LiYF4微米晶体.研究了晶相和电声子相互作用对Pr3+离子荧光特性的影响.在波长为976.4nm激光的激发下,在六方相NaYF4:Yb3+/Pr3+和四方相LiYF4:Yb3+/Pr3+中分别获得了赤眼可观的上转换荧光发射.与六方相NaYF4:Yb3+/Pr3+微米晶体的荧光相比,源于四方相LiYF4:Yb3+/Pr3+微米晶体中荧光发射谱线变窄、强度变弱并发生蓝移.分析研究了荧光上转换过程、晶相结构及上转换荧光强度对Yb3+离子浓度的依赖关系.

1.54μm铒玻璃激光器被动调Q技术发展现状

获得1.54mm波长激光的一个重要手段是利用铒玻璃激光器直接输出。但其调Q方式大多采用主动Q开关,原因在于难以找到合适的被动调Q晶体,这极大的限制了铒玻璃激光器的工程应用与推广。目前,被动调Q的铒玻璃激光器的研究与应用在国内外都有很大进展,介绍了几种被动调Q方式及部分应用较多的调Q晶体的特性,并分析了被动调Q铒玻璃激光器的需求前景。