Pr,Yb,Ho:GdScO_(3)晶体生长及光谱性能

2.7-3.0μm波段激光在很多领域具有重要应用,为探索和发展该波段新型晶体材料,本文采用提拉法生长出Pr,Yb,Ho:GdScO_(3)晶体,通过共掺入Pr3+离子以达到衰减Ho^(3+):^(5)I_(7)能级寿命的目的.采用X射线衍射测试得到了晶体的粉末衍射数据,测量了拉曼光谱,并对晶体的拉曼振动峰进行指认,对Pr,Yb,Ho:GdScO_(3)晶体的透过光谱、发射光谱和荧光寿命进行表征.Yb^(3+)的最强吸收峰在966 nm,吸收峰半峰宽为90 nm;2.7-3.0μm波段最强发射峰在2850 nm,半峰宽为70 nm;Ho^(3+):^(5)I_(6)和^(5)I_(7)能级寿命分别为1094μs和56μs.与Yb,Ho:GdScO_(3)晶体相比,Yb^(3+)的吸收峰和2.7-3.0μm的发射峰半峰宽明显展宽,同时下能级寿命显著减小,计算表明Ho^(3+):^(5)I_(7)与Pr^(3+):^(3)F_(2)+^(3)H_(6)能级之间能实现高效的能量传递.以上结果表明Pr,Yb,Ho:GdScO_(3)晶体是性能更优异的2.7-3.0μm波段激光材料.

Er∶Yb∶KGW激光晶体生长及缺陷研究

采用顶部籽晶(TSSG)法生长Er:Yb:KGW晶体.通过研究助熔剂的种类、组成与溶质的比例关系对晶体生长的影响,设计了合理的工艺条件:转速:30～40 r·min-1;拉速:1～2 mm·d-1;降温生长速率:0.05 ℃·h-1;降温速率:15 ℃·h-1;生长周期:15～20 d.通过对晶体缺陷的观察分析认为,晶体裂缝及包裹物等缺陷与生长工艺条件密切相关,应尽量减少生长过程中的温度、浓度及生长速度的波动,保持晶体的稳态生长.

Yb3+:KGW激光晶体生长与表征

通过对K2WO4和K2W2O7两种助溶剂的对比、分析,选择K2W2O7做助溶剂,采用顶部籽晶(TSSG)法生长Yb:KGW晶体.设计了合理的工艺条件:转速:10～15r/min;降温速率:0.05℃/h;生长周期:15d.通过对Yb:KGW晶体粉末样品的X-ray衍射谱与KGW粉末样品的X-ray衍射谱对比分析,生长晶体为β-Yb:KGW晶体.利用TG-DTA测定Yb:KGW晶体的熔点及相变温度分别是1086℃和1021℃.通过对晶体缺陷的观察分析认为,晶体裂缝及包裹物等缺陷与生长工艺条件密切相关,应尽量减少生长过程中的温度、浓度及生长速度的波动,保持晶体的稳态生长.

Yb∶CaGdAlO_(4)晶体及其超快激光技术研究进展

Yb∶CaGdAlO_(4)(简写为Yb∶CALGO)晶体具有部分无序的结构、优秀的热学和光谱性质、吸收发射带宽,适合采用商用高功率InGaAs二极管泵浦以实现高功率超快激光运转,其较高的非线性折射率系数有利于对锁模激光器的优化。该晶体还具有能级结构简单、本征量子缺陷低、辐射量子效率高等优点,是近年来新一代紧凑型、高效率、低成本激光二极管(LD)泵浦飞秒激光增益介质。本文简要介绍Yb∶CALGO的晶体结构、晶体生长、缺陷分析、热学性质和光谱性质等,并综合国内外学者近期的一些研究成果,重点综述了Yb∶CALGO晶体在半导体可饱和吸收镜、克尔透镜锁模的超快激光器及再生放大器超快激光技术中的最新研究进展。

基于Yb:CALGO晶体激光器的偏振复用

基于大增益带宽和高热导率晶体的偏振复用激光技术可以提高双频激光器和双光梳激光器在输出光谱范围和功率方面的性能。本文提出一种基于Yb:CALGO晶体的偏振复用激光器。将两片与光轴成45°角切割的双折射晶体放置在增益晶体的前后两侧形成三明治结构,利用双折射晶体的偏振特性使腔内激光形成只在三明治结构部分具备空间分离其余部分共线的偏振方向互相垂直的两种模式。同时,这种三明治结构既能使单束泵浦光能够自动分离为两束空间分离匹配的泵浦光,也可以使腔内增益晶体放置在腔内模式腰斑位置处,与泵浦光达到更好的模式匹配,提高光泵浦效率。最终测得的激光输出功率达到瓦量级并且斜率效率超过30%。在腔内加入标准具后,实现了频差为太赫兹量级的稳定双频激光运转。

Yb：KGW激光晶体无热方向的计算与分析

针对各向异性Yb∶KGW激光晶体有可能存在热透镜效应为零的传播方向(即无热方向),利用Biswal等人2篇文献和Pujol等人对Yb∶KGW晶体热膨胀系数的测量结果,分别采用最小二乘法和二阶张量旋转计算出对应晶体的热膨胀张量,据此计算出2篇文献中所述晶体的无热方向。通过对比分析发现:尽管晶体热膨胀张量存在一定的个体差异,但是该晶体普遍只存在2个无热方向,即当光为m偏振时,在p-g平面内与p轴成正负二十多度的2个方向,而不是Biswal等人给出的4个无热方向。另外,利用得到的热膨胀张量计算出某特定方向的热光特性与瑞典的Hellstrom等人报道的激光器热透镜实验结果相一致。

激光晶体材料Yb:YAG的研究进展

本文概述了激光晶体掺镱钇铝石榴石（Ｙｂ：ＹＡＧ）的发展状况，简要介绍了掺杂Ｙｂ３＋离子激光材料的特点，总结了Ｙｂ：ＹＡＧ晶体的生长、缺陷、光谱性质以及激光性质的研究及发展，并指出了Ｙｂ：ＹＡＧ晶体发展中需要解决的问题．

Yb∶YAB晶体的生长和激光性能研究

采用助熔剂法生长了不同配比的激光自倍频晶体Yb∶YAl3(BO3) 4(Yb∶YAB) ,在 10 %的Yb∶YAB晶体中 ,用输入功率为 1 4W ,波长为974nm的光纤耦合二极管激光器泵浦得到 160mW的高效连续绿光输出 ,能量转换效率为 11 3% ,光 光转换效率为 3 9%。并采用石英双折射滤波片测得其调谐波长范围为 5 13 0～ 5 45 8nm。增大泵浦能量 ,在 977nm处采用二极管泵浦测得其自倍频输出绿光能量为 1 1W ,总转换效率为 10 %。

钛宝石泵浦的Yb∶YAG晶体的激光性能

测量了Ｙｂ∶ＹＡＧ晶体的光谱特性，用Ａｒ＋离子泵浦钛宝石激光器作为泵浦源泵浦Ｙｂ∶ＹＡＧ晶体，采用平平腔设计，当输出耦合镜Ｔ１．０５３μｍ＝４．２６％，泵浦功率为１４１０ｍＷ时，得到３２０ｍＷ１．０５３μｍ的高效ＣＷ激光输出，斜率效率为５４％。

Cr,Yb,Ho:YAGG可调谐激光晶体生长及开裂研究

本文采用提拉法生长了Cr，Yb，Ho：YAGG可调谐激光晶体，并从理论上讨论了热应力、提拉速度、晶体转速和降温速率等因素对晶体开裂的影响，最后给出了掺铬、镱和钬钇铝镓石榴石激光晶体生长的最佳工艺条件：温度梯度为0．5℃／mm，提拉速度1-2mm／h，晶体转速20-40r／min，冷却速率不超过20℃／h。

Yb,Ho∶GdScO_(3)晶体生长及光谱性能分析

采用提拉法生长出了尺寸为∅30 mm×50 mm的Yb,Ho∶GdScO_(3)晶体。通过X射线衍射得到了晶体的粉末衍射数据,使用GSAS软件进行了全谱拟合,得到了晶体的结构参数。测试了晶体的拉曼光谱,在100~700 cm^(-1)观察到18个拉曼振动峰。对Yb,Ho∶GdScO_(3)晶体的光谱特性进行了表征,并计算了Yb^(3+)的吸收截面,其在940、975 nm处的吸收截面分别为0.31×10^(-20)、0.42×10^(-20) cm^(2)。采用Judd-Ofelt理论计算了Ho^(3+)的跃迁强度参量Ω_(t),Ω_(4)/Ω_(6)值为2.04,并计算了辐射跃迁概率、能级寿命及荧光分支比等光谱参数。结果表明,Yb,Ho∶GdScO_(3)晶体的发光性能良好,是一种有前景的2~3μm激光晶体候选材料。

Ho^(3+),Yb^(3+)双掺KGd(WO_4)_2激光晶体的光谱性能

钨酸钆钾是一种新型的激光基质材料。以Yb3+作为Ho3+的敏化剂,采用顶部籽晶提拉法生长出了单斜晶系的Ho∶Yb∶KGW晶体。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1022 nm附近,Yb3+发射主峰的发射线宽达14 nm,对应的是Yb3+的2F5/2和2F7/2的最低能态之间的跃迁;Ho3+在1985 nm处的荧光发射峰半高宽为45 nm左右,发射截面积为σemp=1.79×10-20cm2。测试了晶体的上转换荧光谱,得到了较强的上转换红光,并分析了相应的上转换机制。

Yb^(3+):Gd_3Ga_5O_(12)激光晶体原料合成与生长的研究

采用溶胶-凝胶法合成了Yb:GGG多晶料。以XRD分析方法对合成料的前驱体及烧成的粉体的相结构进行了研究,XRD分析结果表明,950℃煅烧的粉体已是Yb:GGG纯相。采用提拉法,通过设计合理而稳定的温场、选择最佳工艺参数等生长了Yb:GGG晶体。荧光光谱测试结果表明,Yb:GGG晶体主要发射峰位于1030nm,该荧光是由Yb3+激发态2F5/2向基态2F7/2能级跃迁产生的。

Yb∶ZnWO_4激光晶体的光谱特征

采用Czochralsk i法生长出光学质量较高的Yb∶ZnWO4单晶,通过偏振吸收光谱、荧光光谱的测量计算出其吸收截面为3.0×10-20cm2、发射截面为2.0×10-20cm2和荧光寿命为1.15m s,并推导Yb3+的Stark分裂能级。实验表明,Yb∶ZnWO4在近红外972nm处有强吸收峰,发射光谱是从914nm到1055nm的宽带,荧光寿命长,是一种新型LD抽运的可调谐激光晶体。

0.5at%Yb∶YAG晶体光谱与激光性能研究

采用提拉法生长Yb3+掺杂浓度为0.5at%高质量的Yb∶Y3Al5O12(Yb∶YAG)晶体。对晶体的结晶质量、分凝系数和光谱和激光性能进行了表征。结果表明:所生长的晶体结晶质量较好,在空气中退火后晶体吸收系数略有增加,晶体中自吸收效应的影响很小,具有宽的发射带。Yb∶YAG晶体和Yb∶YAG/YAG复合晶体分别在抽运功率为7.1 W和6.15 W的LD抽运下,获得2.19 W和1.354 W的连续激光输出,斜率效率分别为34.58%和25.9%。

自调Q激光晶体(Cr^(4+),Yb^(3+))∶YAG和(Cr^(4+),Nd^(3+))∶YAG的生长及其光谱特性研究

本文报道了自调Q激光晶体 (Cr,Yb)∶YAG和 (Cr,Nd)∶YAG的生长及其在室温的吸收和荧光光谱特性 ,并且探索了合适的晶体生长工艺、退火工艺参数。在 (Cr,Nd)∶YAG晶体的室温吸收光谱中存在着如下的吸收峰 :在 0 .5 3μm、0 .5 9μm、0 .75 μm、0 .81 μm、0 .88μm处存在着Nd3 +离子的吸收峰 ;在 0 .43μm和 0 .5 9μm处存在着Cr3 +离子的两个吸收峰 ;在 1 .0 6 4 μm附近有一Cr4+离子的吸收峰 ,可用作可饱和吸收体。 (Cr,Nd)∶YAG晶体的荧光光谱与Nd∶YAG晶体一样 ,发光中心位于 1 0 6 4nm处 ,而且已经实现了自调Q激光输出。与 (Cr,Nd)∶YAG晶体相比 ,在 (Cr,Yb)∶YAG晶体的室温吸收光谱中存在着类似的吸收带 :在 440nm和 6 0 5nm存在着Cr3 +离子的 2个吸收带 ,而且退火使其发生了明显的“红移” ;在 937nm和 96 8nm处存在着Yb3 +离子的 2个吸收带 ,能与InGaAs激光二极管 (LD)有效耦合 ,适合激光二极管泵浦 ;而且在1 .0 3μm处有一Cr4+离子的吸收峰 ,可用作可饱和吸收体。 (Cr,Yb)∶YAG晶体的荧光光谱与Yb∶YAG晶体一样 ,发光中心也是位于 1 0 2 9nm ,但其强度比Yb∶YAG晶体的要低 4倍。 (Cr,Yb)∶YAG晶体的荧光寿命为 0 .3ms。而且与 (Cr,Nd)∶YAG晶体相比 ,在 (Cr,Yb)∶YAG晶体中可以实现Yb3

Er:Yb:YCOB晶体制备及其激光二极管抽运激光特性

研究了Er:Yb:YCa_4O(BO_3)_3(简称 Er:Yb:YCOB)的多晶制备和单晶生长,用提拉法生长出光学质量优良的Er:Yb:YCCOB单晶,测量了其吸收光谱和荧光光谱,分析了其能级和泵浦原理,并进行了以激光二极管为抽运源的激光试验,实现了Er:Yb:YCOB晶体的在1.55μm附近110mW的激光输出,且斜效率达18.9％。

新型激光自倍频Yb:YAB晶体的性质研究

采用助熔剂法生长了不同配比的激光自倍频晶体Yb:YAl3(BO3)4(Yb:YAB).测量了晶体的室温吸收谱和荧光光谱,室温下仅存在一个吸收带,主吸收峰在976nm处,能与InGaAsLD有效耦合.在1.03μm处存在一个强荧光峰.测定了晶体的热膨胀系数,在平行与c轴方向的热膨胀系数较大,α2=9.4×10-6/K,约为a轴方向的3.5倍.在10％的Yb:YAB晶体中,以入射功率为11W,波长为977nm的光纤耦合二极管激光器泵浦得到4.3W的基频光波输出,斜效率为48％;在同样实验条件下得到了1.1w的自倍频绿光输出,总转换效率为10％.

高浓度镱离子掺杂Yb:YAG和(Yb,Cr):YAG激光晶体

采用中频感应加热提拉法生长掺镱钇铝石榴石晶体 (Yb :YAG) ,实验表明经过适当的氧化退火处理后 ,能够在很大程度上克服晶体的有害色心和应力 ,使得Yb :YAG晶体表现出优良的激光特性。为了进一步提高Yb :YAG晶体的品质和激光效率 ,初步测试了Yb3 +离子高浓度掺杂晶体的基本光谱性质 ,表明在YAG基质晶体中可以进行Yb3 +离子更高浓度的掺杂 ,这将有利于Yb :YAG晶体的高功率和高效率激光输出。有关自调Q激光晶体Yb ,Cr:YAG晶体的研究取得了一定进展。