基于掺镁周期极化铌酸锂晶体的内腔单共振连续可调谐光参量振荡器

为了用简单、紧凑的谐振腔获得稳定的激光输出,大的调谐范围和转换效率,设计了信号光单共振V型光学参量振荡(OPO)腔,采用内腔式抽运周期极化掺镁铌酸锂晶体(PPMgLN)的光学参量振荡技术获得了连续中红外宽波段调谐激光的输出。用808nm半导体激光抽运Nd∶YVO4晶体产生的1 064nm激光作为光参量振荡的基频光,通过V型腔灵活控制激光光斑并改变PPMgLN的极化周期和控制温度实现了2 249～3 706nm中红外的连续宽波段调谐激光输出。在半导体激光抽运功率为10.5W,极化周期为29.98μm,控制温度为411K的情况下获得了最高650mW的中红外激光输出,对应的中心波长为3 466nm,线宽为2.6nm,具有较好的单色性。在7.5W的入射功率下,最高808nm抽运光到闲频光的转化效率达7.73%,对应输出功率为580mW。

大直径、高掺镁铌酸锂晶体的生长及其紫外光折变性能研究

我们生长了掺镁量分别为3.0mol%、5.0mol%、7.8mol%、9.0mol%的76mm高掺镁铌酸锂晶体,检测了这些晶体的生长条纹情况,并利用双光耦合配置测试了这些晶体在351nm紫外光下的光折变性能。从实验结果看,采用同成分共熔点铌锂配比的高掺镁铌酸锂晶体生长条纹比较多;虽然高掺镁铌酸锂晶体在可见光波段有很好的抗光折变能力,但是在紫外光下具有良好的光折变性能,可以作为优良的紫外光折变材料使用。同时,实验结果表明,掺镁量在5.0mol%的铌酸锂晶体具有最佳的紫外光折变性能。

掺镁铌酸锂晶体吸收边紫移及占位离子的离子极化模型

测量了系列Mg^(2+):LiNbO_3晶体的吸收边,根据晶体吸收边紫移和离子极化理论,提出:Mg^(2+)将首先取代位于Li^+位的Nb^(5+),当浓度超过5mol％后,才开始进入正常Li^+位。此模型可解释Mg^(2+):LiNbO_3抗光折变增强和光电导增大的机制。

掺镁铌酸锂单晶研究

研究了掺镁铌酸锂单晶的生长;各组元的有效分凝系数;掺镁浓度对晶体相匹配温度、相匹配角、光学均匀性、点阵常数和密度的影响。讨论了进入晶体内的Mg^(2+)离子取代Li^+离子或Nb^(5+)离子的可能性。从含MgO大约7％(x_(m)摩尔含量,以下同)的固液同成分配比熔体中生长出具有最佳光学与相匹配特性的晶体,适合于批量生产和应用。

Li/Nb摩尔比变化对Mg:Sc:Fe:LiNbO_3晶体光折变性能的影响

掺入摩尔分数为1%MgO,0.5%Sc2O3和质量分数为0.03%Fe2O3,从 Li与Nb 摩尔比分别为0.85,0.94,1.05,1.20和1.38的熔体中用提拉法生长Mg:Sc:Fe:LiNbO3(Mg:Sc:Fe:LN)晶体。测试了晶体的紫外–可见吸收光谱和红外光谱、抗光损伤能力、衍射效率、响应时间和光折变灵敏度。结果表明:随着Li/Nb摩尔比增加,Mg:Sc:Fe:LN 晶体的吸收边发生紫移;n(Li)/n(Nb)=1.05 的晶体分别在3466,3481cm–1和3504 cm–1处出现 OH–吸收峰;n(Li)/n(Nb)=1.38 的晶体在3504cm–1和 3535 cm–1处出现OH–吸收峰。随n(Li)/n(Nb)的增加,Mg:Sc:Fe:LN 晶体的衍射效率减小,响应速度和光折变灵敏度增大。n(Li)/n(Nb)=1.05 的近化学计量比 Mg:Sc:Fe:LN 晶体的抗光损伤能力最高。

掺镁近化学计量比铌酸锂晶体的生长(英文)

用改进的提拉技术从富锂[摩尔比n(Li2O)/n(Nb2O5)=58.5/41.5]熔体中生长了φ40mm×60mm的掺镁近化学计量比铌酸锂(LiNbO3)晶体。利用X荧光光谱分析了晶体中铌离子(Nb5+)和镁离子(Mg2+)的含量。通过紫外吸收和红外吸收峰研究了晶体中缺陷的结构,初步断定晶体中Mg2+的掺杂浓度已达到抗光伤阈值的浓度。生长晶体的比热容[0.69J/(g.K)]高于同成分LiNbO3晶体的比热容[0.64J/(g.K)]。

中红外PPMgLN光参变振荡器技术研究

为了实现3.8μm激光输出,采用了1.064μm激光抽运周期性极化掺氧化镁铌酸锂晶体(MgO掺杂摩尔分数为0.05)的光参变振荡器技术,由理论分析得到1.064μm激光抽运PPMgLN实现激光输出时,输出波长与极化周期以及温度的关系曲线。实验中,当晶体周期为29.2μm、温度为400K时,实现了3.8μm激光输出;当抽运功率为35W、声光调Q频率为8kHz条件下,获得3.84μm激光输出的平均功率为3.9W,其转换效率为11.14%,激光光束质量为6.46。结果表明,该技术可以获得较高转换效率的3.8μm激光输出,有望成为中红外激光对抗的激光干扰源。

Mg:Mn:Fe:LiNbO_3晶体的全息存储性能(英文)

在同成分铌酸锂晶体中掺入0.03%Fe2O3和0.1%MnO2(质量分数),分别掺入0,1%,3%,4.5%,6%的MgO(摩尔分数),用提拉法生长了一系列Mg:Mn:Fe:LiNbO3晶体。检测了Mg:Mn:Fe:LiNbO3晶体的红外光谱和抗光损伤能力。掺0,1%,3%,4.5%Mg的Mg:Mn:Fe:LiNbO3晶体的OH-红外振动峰位于3484cm-1,而掺6%Mg的Mg:Mn:Fe:LiNbO3晶体红外振动峰移到3535cm-1。采用波长为632nm的He-Ne激光器作为光源,通过二波耦合方法测试晶体的全息存储性能。结果表明:Mg:Mn:Fe:LiNbO3晶体的写入时间和动态范围随掺镁量的增加而显著减小,而光折变灵敏度略有上升,抗光损伤性能增强,其中掺镁量为3%Mg:Mn:Fe:LiNbO3晶体更适合作为全息存储介质。

镁铟共掺杂铌酸锂晶体的生长及光学性能(英文)

在同成分铌酸锂(LiNbO3,LN)熔体中掺入3%(摩尔分数,下同)MgO,并分别掺入0.5%,1%,1.5%In2O3,用提拉法生长了一系列Mg:In:LN晶体。通过紫外-可见吸收光谱测试确定了晶体样品的组成和缺陷结构。通过透射光斑畸变法检测Mg:In:LN晶体抗光损伤能力。结果表明:Mg:In:LN晶体抗光损伤能力比纯LN晶体提高2个数量级。以波长为1 064 nm的Nd:YAG激光为基频光源,对Mg:In:LN晶体的倍频性能进行了测试。结果表明:Mg:In:LN晶体的相位匹配温度在室温附近,Mg:In:LN晶体的倍频效率要高于In:LN晶体和Mg:LN晶体。

三元同成分掺镁铌酸锂晶体的生长与抗光损伤性能研究

以三元同成分为基础配料,生长了掺杂浓度为6.5mol%、7.5mol%的掺镁铌酸锂晶体,并与传统的掺镁5.0mol%(Li/Nb=48.38/51.62)铌酸锂晶体作对比。光斑畸变法实验表明所生长的掺镁晶体的抗光损伤能力均达到5×105W/cm2,与掺镁5.0mol%同成分铌酸锂晶体相近。全息法测得晶体最大折射率变化分别为4.39×10-6、4.61×10-6,而掺镁5.0mol%晶体为5.62×10-6。晶体的红外光谱和紫外-可见吸收谱显示,所生长的掺镁6.5mol%、7.5mol%晶体均已超过掺杂阈值。综上可知,采用三元同成分配比是获得高质量晶体的有效途径。

掺镁铌酸锂晶体生长的研究

用丘克拉斯基技术从固液同成分熔体中生长了Mg2LiNbO3晶体，介绍了掺镁铌酸锂晶体生长的最佳工艺条件，所生长的晶体具有抗光折变性能，光学均匀性好。

氧化还原处理对Mg:Ce:Cu:LiNbO_3晶体光折变性能的影响

在同成分铌酸锂(LiNbO3,LN)晶体中,掺入的摩尔分数分别为0,1%,3%,6%MgO,掺入0.1%(质量分数,下同)CuO和0.05%CeO2,采用提拉法生长了优质的Mg:Ce:Cu:LN晶体,对生长后的晶体极化后分别进行了氧化和还原处理。测定了Mg:Ce:Cu:LN晶体的紫外-可见光吸收光谱和光折变性能。结果表明:与未经氧化和还原处理的晶体相比,在掺MgO量为1%和3%时,经氧化处理的晶体的吸收边发生了紫移,经还原处理的晶体的吸收边发生了红移;而在掺MgO量为6%时,氧化处理后晶体的吸收边紫移趋势不明显。氧化处理后晶体的抗光损伤能力R减弱,而还原处理后晶体的R增强;而当掺入MgO为6%时,Mg:Ce:Cu:LN晶体的R最大,Mg:Ce:Cu:LN晶体的R比Ce:Cu:LN晶体高2个数量级。结合铌酸锂晶体的锂空位缺陷模型解释了有关实验结果。

Mg：Ru：Fe：LiNbO3晶体生长及蓝光双波长非挥发存储性能

在同成分LiNbO3中,掺入摩尔分数为0～3%的MgO,0.09%RuO2和0.03%Fe2O3,采用提拉法生长Mg:Ru:Fe:LiNbO3晶体。以Kr+激光器(476 nm)和He-Ne激光器(633 nm)作光源测试Mg:Ru:Fe:LiNbO3晶体的光激载流子类型和光折变全息存储性能。结果表明:在蓝光(476 nm)照射下,Mg:Ru:Fe:LiNbO3晶体载流子以空穴为主,在红光(633 nm)照射下,载流子以电子为主;蓝光的光折变存储性能优于红光的。3%Mg:Ru:Fe:LiNbO3晶体双波长非挥发存储的最大衍射效率、固定衍射效率、响应时间和灵敏度分别达到77%、58%、155 s和0.189 cm/J,优于Ru:Fe:LiNbO3晶体,也优于双色非挥发存储性能。探讨了蓝光光折变全息存储性能和双波长非挥发存储性能增强的机理。

Mg:Ho:LiNbO_3晶体的生长及其激光性能

在生长LiNbO_3的熔体中掺进1%(摩尔分数,下同)的Ho_2O_3和分别掺入1%,4%,5% MgO,用提拉法生长Mg:Ho:LiNbO_3晶体。测量了晶体的光谱性能和抗激光损伤能力。结果表明:5%Mg:1%Ho:LiNbO_3晶体红外光谱的OH^-吸收峰移到3 534cm^(-1);晶体抗光损伤能力比LiNbO_3晶体提高2个数量级以上。随着Mg:Ho:LiNbO_3晶体中Mg^(2+)浓度的增加,吸收光谱中吸收边连续紫移;Mg:Ho:LiNbO_3晶体最强的跃迁光谱项为~5I_8→~5G_6,对应的吸收波长为459nm,是最佳泵浦波长。晶体的荧光光谱表明:Mg:Ho:LiNbO_3晶体较易实现激光振荡的是~4S_2→~5I_8和~5I_7→~5I_8跃迁,对应的发射波长分别为546nm和2011 nm。选用波长为620nm的激光激发Mg:Ho:LiNbO_3晶体,由其上转换荧光光谱得到波长为523nm的荧光,实现了红绿光的转换。

高能强场太赫兹源与铌酸锂晶体

高能强场太赫兹(THz)源在国土安全、通信雷达、生物医疗等领域有重要的应用价值。然而,一直以来THz源的辐射输出能量小、转化效率低,阻碍了强场THz前沿科学与应用研究的发展。基于铌酸锂倾斜波前技术,飞秒激光抽运铌酸锂晶体有望实现能量更高的极端强场THz输出。从材料角度阐述了铌酸锂强场THz源产出的研究进展,总结了强场THz源对铌酸锂晶体的性能要求:均匀掺镁铌酸锂、低浓度掺镁近化学计量比铌酸锂、大口径铌酸锂晶体。最后,介绍了近年来周期极化铌酸锂和铌酸锂单晶薄膜等微纳结构的调控在THz源领域的应用研究。