Tm:YAP晶体生长及光谱特性研究

采用提拉法生长了掺杂浓度分别为4、8与10at％的Tm:YAP晶体．测定了Tm3+在YAP基质中的分凝系数为0．88．采用同步辐射的方法研究了Tm:YAP晶体的生长条纹和结构应力缺陷．晶体的吸收峰位于694和795nm;荧光谱峰值在2．0μm附近,因此Tm:YAP晶体有望成为一种新型的适合LD泵浦的中红外激光材料．

2μm波段激光晶体Tm:YAP的生长缺陷

采用提拉法沿a、b、c轴方向生长了Tm:YAP晶体,研究了该晶体的几种常见缺陷。通过化学腐蚀,利用光学显微镜观察了Tm:YAP晶体主要晶面的位错腐蚀坑形貌,发现在沿b轴生长晶体的(010)面上存在位错蚀坑密度不同的区域,对其成因进行了分析。借助偏光显微镜研究了晶体中的孪晶及消光现象,分析了成因并提出了消除措施。用He-Ne激光对晶体内的散射颗粒分布进行了研究,在扫描电镜(SEM)下观察到形状不规则的散射颗粒夹杂。上述研究结果对获得优质Tm:YAP晶体具有重要意义。

Y_2O_3纳米晶体中Ln^(3+)(Ln=Tb,Tm,Eu)发光浓度猝灭及能量传递的研究

采用燃烧法制备了不同Ln3+(Ln=Tb,Tm,Eu)掺杂浓度和不同粒径的Y2O3∶Ln纳米晶体粉末样品,并通过高温退火获得了相应掺杂浓度的体材料样品。测量了纳米和体材料样品的发射光谱、XRD谱并拍摄了不同粒径样品的TEM照片。研究了纳米Y2O3∶Ln晶体粉末中发光中心的浓度猝灭现象和不同发光中心之间的能量传递行为。研究发现,在Y2O3纳米晶体粉末中,Tb3:5D4→7F5和Eu3+:5D0→7F2发光的浓度猝灭与体材料中相似,而Tb3+:5D3→7F5和Tm3+:1D2→3H4发光的猝灭浓度明显高于体材料。这是因为纳米微晶的界面会阻止能量传递的进行,产生较强的尺寸限制效应,抑制发光材料中发光中心之间能量传递的进行,但不同类型的能量传递对粒径尺寸变化的依赖关系不同。尺寸限制效应对长程相互作用类型的能量传递(如电偶极-电偶极相互作用)的抑制作用明显,对短程相互作用类型的能量传递(如交换相互作用)的影响较小。

Tm∶YAP激光晶体的生长

采用提拉法生长了b轴Tm：YAP晶体，晶体尺寸为φ（20～25）mm×（60～70）mm．针对部分晶体中存在的开裂、散射颗粒等宏观缺陷，分析讨论了其成因并提出了改进措施．对晶体吸收光谱和荧光光谱的测定结果表明，晶体的吸收峰位于694和795nm，荧光谱峰值在2．01μm附近．

Tm^(3+),Yb^(3+)双掺KLa(WO_4)_2晶体的生长及光谱特性研究

以Yb3+作为Tm3+的敏化剂,采用泡生法生长了四方晶系的Tm,Yb∶KLW晶体(Tm3+,Yb3+掺杂浓度分别为1%和8%(原子分数))。测试了晶体的红外光谱和拉曼光谱,并对出现的峰值进行了振动归属。分析了晶体的吸收光谱,计算了相应的光谱参数。从荧光光谱可以看出,在1028 nm附近,Yb3+发射主峰的发射线宽达16 nm,对应的是Yb3+的2F5/2和2F7/2的最低能态之间的跃迁;Tm3+在1768 nm处的荧光发射峰半高宽为40 nm左右。测试了晶体的上转换荧光谱,分别在485 nm,643 nm处得到了上转换蓝光和红光,并分析了相应的上转换机制。

RE∶YAP(RE=Nd,Tm)晶体缺陷与光谱分析

采用提拉法生长Nd∶YAP和Tm∶YAP晶体,利用吸收和荧光光谱表征样品。结果表明:经真空退火,提高了晶体质量。Nd∶YAP晶体在808 nm附近有较强的吸收,与商用激光二极管的发射波长匹配较好,获得了1064 nm荧光输出;Tm∶YAP晶体在790 nm附近有一定的吸收,在1.87μm处的荧光峰对应于3F4→3H6能级之间的跃迁,有利于激光的高能量调Q输出。

大尺寸Nd^(3+):YAP晶体中云层和孪晶的克服途径

本文报道用中频感应加热Czochralski法,在大的气-液温差场中生长大尺寸的Nd^(2+):YAP单晶,并在生长过程中采用“真空自然冷却法”退火工艺。即当大尺寸Nd^(3+):YAP单晶在高温下生成后,随即改变氮气氛成真空状态,由于真空状态下热辐射起主导作用,炉膛内温度梯度明显减少,使生成后的大单晶在这种由真空导致的低梯度的温场中自然冷却到室温。不仅可以克服云层的产生,而且可以克服孪晶的形成。

Tm^(3+)掺杂和Tm^(3+)/Ho^(3+)共掺2.0μm波段激光晶体研究

2.0μm波段激光在医疗、环保和军事等领域具有十分重要的用途。采用半导体激光泵浦Tm3+掺杂及Tm3+/Ho3+共掺的晶体是实现2.0μm波段激光的主要途径。本文概述了几类用于2.0μm波段激光增益材料的典型晶体,重点介绍了本课题组近年来在探索新型2.0μm波段激光晶体方面的一些研究成果。

Tm^(3+):NaLa(MoO_4)_2晶体的1.9μm准连续激光输出

以0.94mm厚的c切片7.5%(原子分数)Tm3+:NaLa(MoO4)2晶体为增益介质,采用795.5nm波长钛宝石激光泵浦,实现了1.9μm准连续激光输出。当输出镜透过率为6.6%时,激光起振阈值为60mW,斜率效率为50%,最大输出功率为0.5W。输出激光波长随输出镜透过率的增大向短波方向移动。实验结果表明,Tm3+:NaLa(MoO4)2晶体是一种性能优良的1.9μm波段激光晶体。

Yb3+-Tm3+共掺钨钼酸盐纳米晶体的发光特性

以聚乙二醇为络合剂,采用水热法制备了发光性能优越的Yb3+-Tm3+共掺BaGd2(WO4)0.5(MoO4)0.5纳米晶体。改变稀土掺杂量并生产不同掺杂量的BaGd2(WO4)0.5(MoO4)0.5∶Yb3+/Tm3+。以X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)对样品进行表征。结果表明,BaGd2(WO4)0.5-(MoO4)0.5∶Yb3+/Tm3+纳米晶属四方晶系,粒径在25~40nm之间,使用Hitachif-4500分光光度计分析样品,发现当Yb3+/Tm3+为4∶1、Yb3+离子浓度为6.0%时,BaGd2(WO4)0.5(MoO4)0.5∶Yb3+/Tm3+的发光效率最高。当Tm3+离子发生1G4→3H6跃迁时会产生可见光发射,对应于光谱图中475nm处的蓝光;当Tm3+离子发生1G4→3F4跃迁时产生的可见光发射,对应于光谱图中650nm处的红光。光谱图像及泵浦功率的双对数曲线表明,其中蓝光发射是三光子发射过程,红光发射是双光子发射过程。样品的量子产率接近0.9%。Yb3+-Tm3+共掺BaGd2(WO4)0.5(MoO4)0.5纳米晶体的发光性能优异,具有很高的应用价值。

Tm:YAP激光晶体的生长及激光性能的研究

采用提拉法生长了高质量的4%(原子分数)Tm∶YAP晶体。X射线粉末衍射分析确定生长的晶体为Tm∶YAP晶体。吸收光谱分析表明Tm∶YAP晶体在688和794nm有较强的吸收峰。采用793nm激光二极管泵浦Tm∶YAP晶体,实现了2.01μm激光输出,最大输出功率5.1W,光转换效率为37%,斜率效率高达43.5%,连续可调范围从1894～2066nm,在2010nm得到最大的输出功率值为1.84W。

Tm^(3+)/Yb^(3+):LaF_3纳米体系中掺杂Yb^(3+)离子对Tm^(3+)离子荧光发射的影响

为研究Yb3+离子浓度变化对Tm3+离子在蓝色波段荧光强度的影响,以NaF和La(NO3)3为原料,采用水热法制备了Tm3+和Yb3+共掺的Tm3+/Yb3+∶LaF3纳米颗粒.用X射线衍射对LaF3纳米颗粒进行表征的结果显示,纳米晶体结构呈六方相.透射电镜的观测结果显示,纳米颗粒样品大小均匀、分散性良好.在波长为800nm的激光激发下,观测到了上转换蓝光发射,其中包括波长为474nm和479nm的较强的荧光辐射(相应的跃迁为1G4→3H6)和波长位于450nm的强度较弱的荧光发射(相应的跃迁为1D2→3F4).通过观测不同Yb3+离子浓度条件下共掺Tm3+/Yb3+∶LaF3样品的荧光光谱,研究了Yb3+离子掺杂浓度对于Tm3+离子的荧光发射的影响,并探讨了产生这种现象的原因.研究结果显示,对于1G4→3H6跃迁产生的荧光发射(474nm),当Yb3+离子浓度增大时,反向能量传递速率的增加导致了荧光强度的增大.然而,当Yb3+离子浓度增大到一定程度时,Yb3+离子激发态能级寿命的减少将引发荧光强度的下降.相比较而言,Yb3+离子的浓度的变化对于1D2→3F4跃迁产生的位于450nm处荧光强度的影响较弱.

激光二极管抽运Tm:YAP脉冲激光器研究

采用激光二极管(LD)单端抽运a轴切割的Tm:YAP晶体,实现了声光调Q脉冲激光输出。模拟分析了a-cut的Tm:YAP晶体的热透镜效应,使用Comsol软件模拟晶体内部温度分布,在此基础上设计了平凹腔型结构。研究了自由运转与调Q运转情况激光的输出特性。在重频率1k Hz情况下,获得了中心波长为1988nm,单脉冲能量为4.94m J,最窄脉冲宽度为90ns,峰值功率52.22MW的激光输出,光束质量M2因子在x和y方向上分别为2.11和1.88。

二极管端面抽运Tm:YAP激光器热透镜效应研究

分析了Tm:YAP晶体热透镜焦距产生的原因,并理论计算热透镜焦距值。阐明了利用平平非稳腔法测量LD端面泵浦Tm:YAP固体激光器有效热透镜焦距的简单方法。通过改变腔长,找到谐振腔失谐点,便可得到晶体吸收的泵浦功率和对应的热透镜焦距的关系。对不同Tm:YAP晶体棒进行了测量,并且加以比较。此方法不需要特别的仪器,且操作简单,实验值与理论计算的值偏差小于10%。

高光束质量连续波Tm,Ho:YAP激光器的研究

研究了一种二极管激光器泵浦的高光束质量的Tm,Ho:YAP激光器。选用中心输出波长为793.6 nm的二极管激光器作为泵浦源;c轴切割的Tm,Ho∶YAP晶体作为激光晶体,激光晶体中Tm3+掺杂浓度为5 at.%、Ho3+掺杂浓度为0.5 at.%,且采用液氮对激光增益介质进行制冷。在实验中,改变激光器的谐振腔参数及泵浦参数,Tm,Ho:YAP激光器获得了13.1 W的输出功率,相应的斜率效率和光光转换效率分别为40.9%和38.4%,输出波长为2 044 nm;选用刀口法对Tm,Ho:YAP激光器的光束质量进行了测量,获得激光光束质量的M2≈1.1。

Ho:Sc2SiO5可饱和吸收体被动Q开关Tm:YAlO3激光器

报道Ho:Sc2SiO5(Ho:SSO)晶体作为一种新型可饱和吸收体用于被动Q开关Tm:YAlO3(Tm:YAP)固体激光器.在793 nm激光二极管端面泵浦下,Ho:SSO被动Q开关Tm:YAP激光器产生稳定的微秒脉冲输出,发射激光波长为1.88μm.实验获得了130 mW的最大平均功率和5.2μJ的单脉冲能量输出,脉冲宽度为1.87μs,重复频率为25 kHz.通过引入声光调制器,设计搭建了基于Ho:SSO晶体混合调Q的Tm:YAP激光器,有效压缩了脉冲宽度至百纳秒量级.实验获得了最小213 ns的脉冲宽度,且在4 kHz重复频率下最大单脉冲能量达到34μJ,这项工作表明了新型Ho:SSO晶体作为1.9 m波段可饱和吸收体的实际应用潜力.

LD双端抽运板条Tm:YAP激光器研究

中红外2μm波段的激光,处于人眼安全和大气弱吸收带,在激光医疗美容、激光测风雷达、材料加工、气体环境检测等领域都有重要的应用价值。1.9μm激光作为2μm激光的重要泵浦源,获得高功率的1.9μm激光是很关键的。板条状激光晶体易于散热,输出功率高于块状晶体,建立板条状Tm:YAP晶体的热分布模型,模拟了晶体内部的光场分布;采用双端抽运的方式,选用输出镜透过率为T=10%、曲率半径为R=200时,获得最大输出功率为21.25W,斜率效率为25.7%,光光转换效率为25.6%,中心波长为1988nm的激光输出。

激光二极管抽运Tm:YAP2μm激光器研究

该文报道了一种室温条件下795 nm的激光二极管(LD)端面抽运连续掺铥铝酸钇(Tm:YAP)激光器。产生人眼安全波段的激光输出,利用掺杂浓度为3at%,a轴切割,尺寸为3×3×10 mm3的Tm:YAP晶体,采用平凹腔结构,当输出镜透过率T=10%时,获得最大输出功率6.87 W的1988 nm连续激光输出,斜率效率39.4%。x和y方向上的光束质量M2因子分别为1.34和1.38。可以作为3-5μm、8-12μm波段可调谐光参量振荡器(OP)有效抽运源。

基质变化对Tm^(3+)离子蓝色上转换发光性质的影响

采用980 nm红外激光器分别激发通过水热法制备的LaF3以及水热烧结法合成的LaOF掺杂Tm3+和Yb3+离子的纳米晶体,获得了较强的蓝色上转换荧光.对比两种基质中稀土离子的发光情况,发现以LaOF作为掺杂基质时,蓝色上转换荧光发射较强.根据相关光谱学和晶体理论解释了荧光发射的过程及由于基质对称性的变化时引起荧光增强的原因.

Tm脉冲激光器泵浦的中红外固体激光器

介绍了Tm：YAP脉冲激光器泵浦的中红外固体激光器。首先介绍了Tm脉冲激光器,由实验分析,对YAP固体激光器腔型结构进行优化,确定了适合泵浦ZGP OPO的YAP激光器腔型,得到较理想的2μm脉冲激光输出。中红外固体激光器由优化后的Tm：YAP激光器泵浦ZGP光学参量振荡器（OPO）组成,最终得到输出功率达瓦级以上的3~5μm激光。