Nd∶TSAG晶体的生长及性能研究

本文采用提拉法首次生长了晶体尺寸为∅50 mm×100 mm的Nd∶TSAG磁光晶体,对其结构、光谱、磁光及热学性能进行了研究,并对振子强度和线强、强度参数Ωt、^(4)F_(3/2)→^(4)I_(J)能级间的跃迁概率、能级辐射寿命、荧光分支比等光谱参数进行了计算。对Nd∶TSAG多晶样品掺杂浓度进行了优化,Nd^(3+)的最佳掺杂浓度(原子数分数)为1%。晶体及粉末X射线衍射分析结果表明,晶体为纯相且结晶质量较好,Nd^(3+)在TSAG晶体中的分凝系数为0.64。Nd∶TSAG晶体在可见和近红外波段,除了Tb^(3+)和Nd^(3+)的特征吸收,透过率达到80%以上。在808 nm激发下,Nd∶TSAG的最强荧光峰在1070 nm附近。Nd∶TSAG晶体在473、532、632.8、1064 nm波长处的折射率分别为1.9259、1.9153、1.9038和1.8852,拟合了四参数Sellmeier折射率方程。采用消光法测试了Nd∶TSAG晶体在405、532、635、1064 nm波长处的Verdet常数分别为599.8、202.8、152.3、46.8 rad·m^(-1)·T^(-1)。室温下,Nd∶TSAG晶体的热导率为3.95 W/(m·K)。研究结果表明,Nd∶TSAG是优异的磁光晶体,也是潜在的优异激光晶体,有望同时实现磁光和激光的功能。

Nd∶GdYAG激光晶体的光谱分析及热学性能研究

本文对所生长的Nd∶GdYAG晶体的吸收光谱和荧光光谱进行了测试,采用Judd-Ofelt理论对振子强度和线强、强度参数Ω_(t)、4 F_(3/2)→4 I_(J)能级间的跃迁概率、能级辐射寿命、荧光分支比等光谱参数进行了计算,相关数据与YAG、LuAG、YVO4等晶体进行了对比。Ωt计算得出Ω2=(0.813±0.200)×10^(-20)cm^(2),Ω4=(3.381±0.187)×10^(-20)cm^(2),Ω6=(5.135±0.278)×10^(-20)cm^(2),相比YAG、LuAG、YVO4等晶体,Nd∶GdYAG晶体的强度参数Ω2较大,表明Gd^(3+)的掺入增大了基质的无序度。计算并拟合了300~1200 nm的吸收截面和折射率,其中808 nm处的吸收截面为5.0×10^(-20)cm^(2),1064 nm处的折射率为1.80。实测4 F3/2能级的荧光寿命为228μs,与计算的能级辐射寿命240μs接近;1064 nm处的发射截面为1.23×10^(-19)cm^(2),接近Nd∶YAG晶体的发射截面。室温下Nd∶GdYAG晶体的热导率为5.992 W/(m·K),略小于Nd∶YAG和Nd∶GGG,但大于Nd∶YVO4晶体。研究表明,Nd∶GdYAG是一种有应用前景的新型激光晶体材料。

Nd∶GdCOB和Cr∶Nd∶GdCOB晶体的脉冲激光特性(英文)

Ca4 GdO(BO3 ) 3 (GdCOB)是一种新型的自倍频晶体。利用氙灯作泵浦源 ,对单掺的Nd∶GdCOB和双掺的Cr∶Nd∶GdCOB两种自倍频晶体实现了 1 0 6 1nm～ 530 .5nm自由运转的自倍频转换。单掺和双掺晶体的泵浦阈值能量分别为 1 0J和 0 92J ,自倍频光的最大输出能量分别为 1 96mJ和 2 4 6mJ。利用脉冲染料激光作泵浦源 ,对Nd∶GdCOB晶体获得了 1 331nm基频光和 6 55nm自倍频红光运转 ,并获得了 530 .5nm自倍频绿光输出。

飞秒激光直写Nd:YVO4晶体包层波导激光

采用飞秒激光(500 kHz重复频率)直写技术,在Nd:YVO4晶体中制备了埋藏晶体表面以下的包层光波导.具体研究了脉冲能量、深度、扫描速度和飞秒激光偏振等写入条件对光波导性能的影响.1.06μm波长的激光在光波导中传播时,光波导的插入损耗低至2.4 dB.利用808 nm波长的激光泵浦,在室温下实现了1064 nm波长发射的连续波导激光器.对不同直径的光波导,均实现了多模光波导和波导激光.直径为60μm的波导产生的最大输出功率为143 mW,斜率效率为21.3%.利用微拉曼光谱对光波导进行了表征,激光直写轨迹处晶格被破坏,伴随折射率降低.

新型Nd:GdCOB晶体的非线性光学参数计算

讨论激光非线性复合功能晶体Nd:GdCOB的非线性光学性质．计算了1 064 nm的倍频 (SHG)、1 061 nm的自倍频(SFD)和808 nm与1 061 nm的自和频(SSFM)时的最佳相位匹配方向和相 关非线性系数,结果显示Nd:CdEOB的SHG、SFD和SSFM一类相位匹配方向不在主平面而是分别 位于(θ=66°,φ=132．5°)、(θ=66°,φ=132．3°)和(θ=68°,φ=117．7°),相应的有效非线性光学系 数deff分别为0．561 0、0．559 0和0．422 8 pm／V．

LD泵浦Nd:YAG晶体双波长和频激光器

通过激光二极管(LD)泵浦Nd:YAG产生1064 nm、1319 nm、1338 nm基频光,利用KTP晶体第二类相位匹配获得波长分别为589/593 nm的和频激光输出。从Nd:YAG晶体能级跃迁特性出发,揭示了Nd:YAG作为工作物质可以产1319/1338 nm激光的可能性。通过非线性光学转换频率及相关理论,分析了产生双波长和频输出的原理,同时也为多波长激光器的研究提供了参考。

Nd:NaR(WO_4)_2晶体光谱性能研究(R=Bi,Y)

采用提拉法生长出了掺钕钨酸铋钠(分子式Nd:NaBi(WO4)2,简称Nd:NBW)和掺钕钨酸钇钠(分子式Nd:NaY(WO4)2,简称Nd:NYW)晶体。通过TG-DTA分析得到Nd:NBW的熔点为936.2℃,Nd:NYW的熔点为1209.07℃。由吸收光谱可以看出,Nd:NBW在802nm有较强的吸收峰,Nd:NYW在804nm,752nm,586nm附近有较强、较宽的吸收峰,二者均适合于LD泵浦;并计算了晶体中Nd3+的吸收截面积。通过比较Nd:NBW和Nd:NYW的红外光谱和拉曼光谱结果,认为二者结构基本相同,为四方晶系、白钨矿结构、I41/a空间群。

Nd:GGG晶体生长与开裂研究

本文采用提拉法(CZ)生长了Nd:GGG晶体,并从理论上讨论了包裹物、提拉速度、晶体转速和降温速率等因素对晶体开裂的影响,最后给出了生长元开裂Nd:GGG晶体的最佳工艺参数:径向温度梯度越小越好,纵向温度梯度在0.5℃/mm,提拉速度2～4mm/h,晶体转速20～40r/min,降温速率不超过20℃/h.通过设计合理而稳定的温场、选择最佳工艺参数及退火处理等方法,较好地解决了Nd:GGG晶体开裂问题.

Nd:GGG晶体光谱特性的研究

采用提拉法生长了Nd:GGG晶体。晶体切割后经过端面抛光,测试了荧光光谱和吸收光谱。荧光光谱测试结果表明晶体的最强的荧光发射峰位于9430cm-1,是Nd3+4F3/2-4I11/2谱项导致的荧光发射。吸收光谱测试结果发现Nd:GGG晶体的最强吸收峰位于808nm,所以该晶体适合于LD泵浦,并且吸收峰强度随掺杂离子浓度的增加而增加。

LD端面抽运变导热系数Nd∶YAG晶体热效应

为了计算二极管抽运Nd∶YAG晶体温度场及热形变场,建立了端面绝热、周边恒温的晶体热模型。基于Nd∶YAG晶体导热系数及热形变系数与其温度的函数关系,应用Newton切线法对热传导方程进行求解,得到了变导热系数和变热形变系数矩形截面Nd∶YAG晶体端面抽运下的温度场和热形变场的一般表达式,同时计算了Nd∶YAG晶体在不同抽运功率和抽运光斑半径下内部温度场和热形变场的分布变化。结果表明,使用钕离子质量分数为0.01、尺寸为3mm×3mm×8mm的Nd∶YAG晶体,在功率为60W、光斑半径为450μm的抽运光照射下,变导热系数的Nd∶YAG晶体端面最大温升为55.7℃,最大热形变量为2.85μm,而按传统将Nd∶YAG晶体导热系数、热形变系数均视为定值时,晶体端面最大温升为43.4℃,端面最大热形变为2.84μm。

含钪石榴石Nd:GSGG晶体的原料制备、晶体生长及结构研究

提拉法生长的Nd:GSGG是性能优良的激光晶体,在固体强激光领域有重要的运用前景。采用液相共沉淀法制备了GSGG的前驱物,将前驱物在较低的温度下烧结,获得了GSGG多晶原料,用提拉法生长了无散射、气泡、云层、无开裂的(?)26 mm×45 mm的含钪石榴石Nd:GSGG晶体。用X射线衍射对GSGG的共沉淀前驱物在不同烧结温度下的相变情况进行了研究,表明在900℃烧结温度下, GSGG前驱物即可反应形成GSGG多晶,这比固相法合成GSGG料的反应温度低了200℃。同时,用X射线衍射对GSGG多晶、Nd:GSGG单晶的结构进行了研究,采用最小二乘法,以f(θ)=sinθ-sin1-Tθ(T=20)为外推函数,计算了GSGG多晶和Nd:GGG单晶的晶格参数,分别为1.257547 nm、1.256163 nm。它们之间的晶格参数差异可能是由于Ga组分的不同所引起的。

激光二极管端泵平板Nd:YAG、Nd:YVO_4和Nd:GdVO_4晶体热效应比较

以解析热分析理论为基础,建立了平板Nd:YAG、Nd:YVO4和Nd:GdVO4晶体在激光二极管阵列端泵抽运时的导热微分方程。通过方程求解,得到三种晶体内部温度场和热形变分布的解析式。温度场和热形变场的数值模拟表明:当泵浦光功率Po=30 W、泵浦区域为0.5 mm×0.5 mm时,三种激光晶体的一维温度场、二维温度场分布和热形变量有较大差异。通过对比三种激光晶体的温度分布、相对温升和热形变量,得到了Nd:GdVO4晶体作为中小功率激光晶体是优于Nd:YVO4和Nd:YAG两种晶体的,而Nd:YVO4又优于Nd:YAG晶体。温度场和热形变量数值模拟的结果也可为激光器谐振腔的设计及热效应的消除提供理论依据。

Nd∶Lu_3Al_5O_(12)晶体的生长与光谱性能研究

采用提拉法生长Nd3+掺杂浓度为1at%高质量的Nd∶Lu3Al5O12(Nd∶LuAG)晶体.对晶体在不同气氛下退火的光谱性能进行了表征.研究发现:256nm处的吸收峰是由Fe3+引起的;467和518nm处的吸收峰分别由O-心和F+心引起.计算出809nm处的吸收截面为1.86×10-20cm2.利用J-O理论拟合出Nd∶LuAG晶体的强度参数Ω2、Ω4和Ω6分别为0.71×10-20、1.13×10-20和4.36×10-20cm2;计算出Nd3+4F3/2能级到不同下能级的跃迁几率、荧光分支比、辐射寿命和发射截面等光谱参数,并对结果进行了相应的分析.结果表明,Nd∶LuAG晶体是二极管抽运固态激光器中很有应用潜力的增益介质.

Nd∶NaBi(WO_4)_2晶体生长

采用Czochralski法生长出尺寸为 8mm× 2 0mm的掺钕的钨酸铋钠 [分子式 :Nd∶NaBi(WO4) 2 ,简称 :Nd∶NBW ]激光晶体 ,研究了生长工艺参数对Nd∶NBW晶体结构完整性的影响 ,确定了最佳的生长工艺参数 :轴向温度梯度为 0 .7～ 1℃ /mm ,生长速率 0 .2～ 0 .5mm/h ,晶体转速 1～ 4r/min。并利用了X射线衍射确定了Nd∶NBW晶体属于四方晶系 ,I41 /a空间群 ,其晶格常数为a =0 .5 2 75nm ,c=1.14 93nm。通过TG -DTA分析了Nd∶NBW晶体的相关物理、化学性质 ,确定了其熔点为 936.2℃ ,并与纯的钨酸铋钠晶体 (分子式 :NaBi(WO4) 2 ,简称 :NBW)

LD端面泵浦Nd:LiGd(MoO_4)_2晶体的主动调Q脉冲激光特性

加工了不同切向的Nd∶LiGd(MoO4)2晶体,测量并分析了它们的连续和主动调制激光特性。实验采用激光二极管(LD)端面泵浦的两镜直腔,其输出镜的耦合透过率为2%。在连续运转条件下,a切和c切晶体的最大输出功率分别为733,550mW,对应的光光转换效率分别为11.3%和6.7%。在声光调Q脉冲运转条件下,a切和c切晶体的最大平均输出功率分别为180,135mW,对应的光光转换效率分别为2.8%和1.7%。当重复频率为10kHz时,获得了最佳的脉冲实验结果,即:最大单脉冲能量和最高峰值功率来自a切晶体,分别为15.8J和85 W;最小的脉冲宽度来自c切晶体,为153ns。实验结果还显示,不同切向的Nd∶LiGd(MoO4)2晶体具有不同的输出波长,a切晶体为1 061nm,c切晶体为1 068nm,这种多波长发射特性有助于该类晶体在THz波领域的应用。

Nd:YAG激光晶体开裂与缺陷研究

采用提拉法沿〈111〉方向生长Nd:YAG激光晶体时,经常会发生开裂现象。利用光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪和光吸收及化学腐蚀等仪器和手段,对开裂Nd:YAG晶体的缺陷特征进行研究。开裂Nd:YAG晶体中有很多不规则包裹物,包裹物内元素含量偏离正常成份;位错密度较高并有塞积现象,位错腐蚀坑中有微裂纹产生;分析表明Nd:YAG晶体开裂是由晶体生长后期的降温不均及生长速率的改变加剧了组分过冷带来的不良后果,产生包裹体造成局部应力集中所致。

Nd:GdVO_4的晶体生长和光谱特性

本文用提拉法生长出尺寸达 φ30 min×40mm的优质 Nd:GdVO4晶体,研究了其光谱特性。该晶体的吸收边为 342 nm,在 809nm的吸收系数为 4.61/cm。在 342～2500 nm,Nd:GdVO4晶体的吸收主要为Nd3+的特征吸收。

Nd∶YAG晶体1.064μm受激发射截面随温度变化特性研究

测量了Nd∶YAG晶体从 - 70℃到 +80℃不同温度下的荧光发射光谱和荧光寿命 ,计算了该晶体在不同温度下 1.0 6 4μm受激发射截面 。

Nd∶NaY(WO_4)_2激光晶体生长

采用提拉法生长出了四方晶系白钨矿结构的Nd:NaY(WO_4)_2(简称Nd:NYW)激光晶体,尺寸为φ20mm×30mm。通过TG-DTA差热分析得到晶体的熔点为1211℃,从XRD分析得到晶胞参数为a=b=0.5212nm,c=1.1268nm,晶胞体积V=0.3062nm^3。讨论了Nd:NYW晶体的生长工艺,给出了晶体生长的最佳工艺参数。通过比较Nd:NaBi(WO_4)_2(简称Nd:NBW)和Nd:NYW的XPD、红外光谱和拉曼光谱测试结果,认为二者结构基本相同,为四方晶系白钨矿结构、I4空间群。

双端抽运Nd:YVO_4激光晶体的半解析热分析

通过对激光二极管双端抽运Nd∶YVO4晶体的分析 ,建立符合实际工作条件的热模型和边界条件 ,利用半解析热分析方法得出了激光晶体内部温度场和端面的热形变计算公式 ,并对影响温度场分布的各种因素进行了理论分析与计算。所得出的结论可以推广到其它激光晶体 ,为有效地解决激光晶体热效应问题提供了理论基础。