Cr,Nd:GSAG晶体生长、光谱及LD泵浦激光性能研究

Cr,Nd:GSAG是一种性能优良的激光晶体,但是关于它的LD泵浦激光性能的研究很少。用提拉法生长了Cr,Nd:GSAG晶体,测定了它的化学成分、结构,初步测试了它的激光性能。晶体的(111)面X射线摇摆曲线半高全宽为0.055°。采用Rietveld方法精修X射线粉末衍射谱得到了Cr,Nd:GSAG晶体的原子结构参数、温度因子等。Cr,Nd:GSAG的最强吸收峰位于808.6 nm处,吸收截面为3.38×10-20cm2。808 nm光激发下,Cr,Nd:GSAG的最强发射峰位于1060 nm,发射截面为6.04×10-20cm2,并测得激光上能级4F3/2的荧光寿命为274μs。利用808nm连续波LD泵浦实现了1060 nm的激光输出,在输入功率为8.88 W时,最大输出功率为0.513 W,斜效率为6.73%,光-光转换效率为5.78%。此外还讨论了Cr,Nd:GSAG晶体中的Cr^(3+)与Nd^(3+)之间的能量传递机理。

Nd∶GSAG晶体生长、结构、光谱及激光性能

Nd∶GSAG是重要的942 nm固体激光工作物质,在机载和星载水汽检测中有重要的应用。生长了低浓度Nd∶GSAG晶体,通过与高掺杂浓度Nd∶GSAG、Nd∶YAG进行对比,研究了它的结构、光谱和激光性能。掺杂原子数分数为0.94%的Nd∶GSAG晶体在808.5 nm处的吸收系数为3.79 cm^(-1),吸收截面为3.41×10^(-20)cm^(2),4 F3/2上能级寿命为275μs,比掺杂原子数分数为1.20%的Nd∶GSAG晶体高出22μs。掺杂原子数分数为0.94%的Nd∶GSAG晶体在942 nm和1060 nm处的激光半峰全宽分别为0.53 nm和0.59 nm,比Nd∶YAG在946 nm和1064 nm处的激光半峰全宽0.66 nm和0.64 nm窄,表明其光波单色性更好。掺杂原子数分数为0.94%的Nd∶GSAG在942 nm处的斜效率和光光转换效率分别为5.5%和4.2%,优于Nd∶YAG在946 nm处的斜效率(5.0%)和光光转换效率(3.2%),但在1.06μm附近低于Nd∶YAG。942 nm处于水汽的吸收波段,上述结果表明Nd∶GSAG的942 nm波段激光有望成为水汽检测的优良光源。

Nd:GSAG纳米粉体的合成、晶体结构及光谱

采用共沉淀法,以NH4OH为沉淀剂制备了1%(原子分数)Nd3+:Gd3Sc2Al3O12前驱体,并在不同的温度下对前驱体进行煅烧。用X射线衍射(XRD)和红外光谱(FT-IR)技术对前驱体及煅烧后粉体的结构、微观形貌进行了研究。结果表明,前驱体在1000℃下煅烧可获得纯GSAG多晶相粉体。用X射线衍射宽化法估算粉体的平均晶粒尺寸为25 nm。通过X射线粉末衍射,用Rietveld全谱拟合方法对晶体结构进行了精修,得到1000℃下煅烧所得Nd:GSAG粉体的晶胞参数为a=b=c=1.24164(5)nm,α=β=γ=90°。在室温下,测定了激发波长为808nm的发射谱和检测波长为942 nm的激发谱。另外,测定了942和1064 nm处的荧光衰减曲线,并用单指数函数进行了拟合,得到对应的荧光寿命分别为0.529和0.512 ms。