痕量La杂质对CaF_(2)晶体γ辐照诱导色心光谱特性的影响

氟化钙晶体的抗γ射线辐照性能是其在太空应用的关键性能之一。本文报道了痕量La杂质对氟化钙晶体γ辐照诱导色心的影响。主要采用吸收光谱、电子顺磁共振(EPR)等手段对辐照前后存在不同痕量La杂质的氟化钙晶体进行研究。结果表明,辐照后的氟化钙晶体产生多个色心吸收带,且吸收带的吸收系数随辐照剂量和La杂质浓度增加而增加。EPR证实这种吸收带的形成是由氟化钙晶体中F心引起的,而La^(3+)的存在影响氟化钙晶体F心的稳定性和光谱位置,本文提出了La^(3+)与氟化钙晶体中F心存在的可能机制。

LD泵浦的1.3at.%Er^(3+):CaF_(2)中红外高功率固体激光器(特邀)

3μm波段激光是高精度外科手术的理想光源,也可作为长波中红外光参量振荡器的有效泵浦源。LD直接泵浦Er^(3+)掺杂晶体是获得2.7~3μm波段中红外激光的有效技术途径,具有成本低、结构紧凑简单等优点。由于Er^(3+)2.8μm激光下能级阻塞问题,一般需要高浓度掺杂,但高浓度掺杂易引起强烈的光吸收,增强了激光晶体的热效应,从而阻碍了激光功率的提升。低声子能量的氟化钙晶体特有的萤石型结构使得三价稀土离子极易形成"团簇",将低浓度Er^(3+)掺杂到氟化钙晶体中即可获得高效率的中红外激光增益介质。笔者课题组使用温度梯度法成功生长了低浓度掺杂1.3at.%Er^(3+):CaF_(2)激光晶体,利用LD直接泵浦获得了2.2 W的中红外激光输出,这是目前利用LD端面泵浦同类晶体中的最高中红外激光输出功率。同时,文中还对上转换泵浦方式下该晶体的2.8μm激光特性进行了研究。实验结果表明,低浓度掺杂的1.3at.%Er^(3+):CaF_(2)晶体是一类具有产业化前景的中红外激光材料,有望推动长波中红外激光器向着结构紧凑、成本低的方向发展。

相变及空位缺陷对CaF_(2)在高压下光学性质的影响

本文采用第一性原理方法,计算了CaF_(2)的理想晶体和含钙、氟空位点缺陷晶体在100 GPa压力范围内的光吸收谱和折射率.吸收谱数据表明,压力因素诱导的两个结构相变对CaF_(2)的吸收谱均有影响:第一个相变将导致其吸收边蓝移,而第二个相变却引起其吸收边红移.钙空位点缺陷会使得CaF_(2)的吸收边微弱蓝移,但氟空位点缺陷却导致其吸收边有显著的红移.然而,这些红移的行为并未使得CaF_(2)晶体在250-1000 nm的波段范围内出现光吸收的现象(是透明的).532 nm处的折射率数据显示,在CaF_(2)的三个结构相区(Fm3m、Pnma、P63/mmc相区),其折射率均随压力增大而增加;同时,高压结构相变以及氟空位点缺陷也使得CaF_(2)的折射率增大,但钙空位点缺陷却导致其折射率减小.数据分析表明,CaF_(2)晶体有成为冲击窗口材料的可能,本文所获得的信息对未来的实验研究有参考价值.

尺寸效应对坩埚下降法生长氟化钙晶体影响机制的数值模拟分析

高质量大尺寸氟化钙晶体是深紫外光刻、空天相机等高端应用不可或缺的光学材料,同时制备高质量大尺寸晶体也是晶体生长领域的难题。本文以数值手段分别模拟了3、7和20英寸(1英寸=2.54 cm)氟化钙晶体在不同生长阶段的传热、流动及相变过程。结果表明,晶体尺寸增加大幅加强熔体流动强度,而且造成坩埚外壁散热部分的面积急剧增加,由此引发固液界面局部凹陷、径向温差增大、晶体边缘-中心温差翻转、生长界面附近的轴向温梯大幅衰减等问题。此外,本文还就大尺寸氟化钙晶体生长中的坩埚下降速率和发热体功率的优化控制策略进行了探讨。