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.

水平定向结晶法生长浓度渐变Yb∶YAG激光晶体及光谱性能研究

本文采用水平定向结晶(HDC)法成功生长出180 mm×81 mm×16 mm的浓度渐变Yb∶YAG激光晶体,从放肩部位和尾部分别获取了尺寸为40 mm×40 mm×7 mm、70 mm×70 mm×7 mm的Yb∶YAG激光晶体板条各两件。采用632 nm激光、偏光应力仪对晶体板条的光学性质进行检测,实验结果发现靠近晶坯自由表面的板条内部通透,无散射光路,应力较小且分布均匀,表明该晶体板条具有优异的光学质量。进一步测试分析了晶体板条不同位置处的吸收光谱,根据935 nm波长处的吸收系数计算出Yb^(3+)的掺杂浓度,发现40 mm×40 mm×7 mm的激光晶体板条中Yb^(3+)掺杂浓度沿晶体生长方向逐步增加,浓度梯度约为0.42%/cm;而70 mm×70 mm×7 mm的激光晶体板条中Yb^(3+)掺杂浓度几乎保持不变,约为4.50%。

Yb∶YAG晶体的晶胞参量及Yb^(3+)分凝系数的研究

应用提拉法生长出不同Yb3+ 浓度的Yb3xY3( 1-x) Al5O12 晶体 Yb3+ 离子的分凝系数 1是 1 .0 8±0 .0 1 ,与Yb3+ 离子掺杂浓度无关 研究了Yb3xY3( 1-x) Al5O12 晶体的晶胞参量 ,推导出联系晶胞参量、密度与Yb3+

Yb^(3+)离子掺杂浓度对Yb∶YAG晶体发光及荧光寿命的影响

研究了不同掺杂浓度Yb∶YAG晶体的发光特性和荧光寿命·Yb3+在YAG晶体中的掺杂浓度分别为5at%、10at%、20at%、30at%·Yb3+离子掺杂浓度越高,Yb∶YAG晶体的吸收系数越大·采用940nm波长的LD泵浦源和TRIAX550荧光谱仪,对这一系列掺有不同浓度Yb3+的Yb∶YAG晶体进行了荧光光谱的测定.结果表明:在1030nm主发光波段的荧光强度以10at%Yb∶YAG的为最强·同时发现它在450nm^680nm波段有明显的可见发光,其强度随Yb3+掺杂浓度的增加而迅速地增强·Yb∶YAG晶体的荧光寿命存在浓度猝灭现象,对猝灭机制进行了分析研究,指出浓度猝灭的主要原因是合作发光和痕量稀土离子的上转换发光·

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

YAG晶体中Yb^3+对Er^3+的敏化作用

根据能级跃迁速率方程得出Yb,Er:YAG中各能级布居数与Er3+离子浓度的关系.并与单掺Er:YAG中各能级布居数相比较,讨论共掺Yb3+对Er3+的波长为1.64和2.94μm两荧光的影响.结合作者关于红外光激励Yb,Er:YAG能量上转换为可见光工作,提出将Yb,Er:YAG晶体研制成以半导体激光器为激励源的可见光和1.64μm红外光的双波长全固化激光器的设想.

Yb∶Ca_(3)(NbGa)_(5)O_(12)晶体的坩埚下降法生长及光学性能研究

使用坩埚下降法成功生长出了镱离子掺杂钙铌镓石榴石晶体(Yb∶Ca_(3)(NbGa)_(5)O_(12))。通过XRD测试分析了晶体的结构,该晶体为立方晶系,晶胞参数a=b=c=12.471。对该晶体进行了拉曼光谱、透过光谱、吸收和发射光谱、荧光寿命等测试,计算了该晶体的吸收截面、发射截面、增益截面等。研究了在空气中退火对该晶体吸收光谱、发射光谱、荧光寿命的影响,退火前在935 nm处吸收截面为1.82×10^(-20)cm^(2),退火后降低为1.40×10^(-20)cm^(2),退火前在1031 nm处的发射截面为0.56×10^(-20)cm^(2),退火后降低为0.40×10^(-20)cm^(2),退火前荧光衰减时间为1.42 ms,退火后为1.32 ms。结果表明,Yb∶Ca_(3)(NbGa)_(5)O_(12)单晶在空气中退火会对晶体的激光性能造成不利影响。

热等静压工艺对Yb:YAG复合激光晶体性能影响

由于施压不均匀、升温时温场分布不均匀等因素,键合晶体键合面上会产生气泡、孔洞、裂纹等缺陷。将热等静压技术与热键合技术结合,控制热等静压参数,可减少或消除键合晶体烧结后的内部缺陷。对键合晶体在不同温度、压强、恒温时间进行热等静压实验,并通过弯曲强度、维氏硬度、透过光谱和光学均匀性测试对热等静压后的元件进行表征。借助金相显微镜观察键合晶体内部孔隙消除与缺陷的闭合情况,通过分析颗粒间应力变化,研究了热等静压工艺缺陷减少或消除机理。实验结果表明,热等静压后键合晶体元件键合面上的气泡与缺陷大幅度降低,弯曲强度较热等静压前提升185.29%,维氏硬度提升16.14%,透过率和光学均匀性明显提高。

LD端泵Yb∶YAG复合晶体热容激光器的热效应

为了解决激光二极管(Laser Diode,LD)端面泵浦的热容激光器在泵浦阶段会在晶体内部产生大量废热的问题,由LD端面泵浦激光晶体的工作特点,建立了泵浦阶段无冷却、端面与空气热交换的Yb∶YAG复合晶体热模型。基于热传导理论,使用有限元方法对Yb∶YAG复合晶体的温度场、应力场及热形变场进行了计算,定量分析了键合长度与键合方式对温度场及热形变场的影响。研究结果表明:若以泵浦功率为50 W、泵浦光高斯半径为300μm的激光二极管对晶体尺寸为3 mm×3 mm×4 mm、键合长度为1 mm、键合方式为单端键合,且掺杂浓度为5.0 at.%的Yb∶YAG复合晶体端面进行泵浦,且工作时长为2 s,晶体内部场的最高温升为248℃、最大热形变量为5.9515μm、最大应力为3.70395×10^(9)N/m^(2)。研究结果对激光二极管端面泵浦的Yb∶YAG热容激光器的设计提供了理论依据。

自调Q激光晶体(Cr^(4+),Yb^(3+)):YAG光谱及其激光特性研究

本文报道了自调Q激光晶体 (Cr,Yb) :YAG的生长及其在室温的吸收和荧光光谱特性 ,而且用钛宝石激光器作为泵浦源 ,获得了 1 .0 3μm、脉宽为 40 0ns、平均输出功率为 35mW的自调Q激光。在 (Cr,Yb) :YAG晶体的室温吸收光谱中存在着五大吸收带 :在 440nm和 6 0 5nm存在着Cr4+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处在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晶体一们 ,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晶体和Yb :YAG晶体的荧光寿命分别为 0 .3ms和 1 .4ms。造成 (Cr,Yb)∶YAG晶体发光强度比Yb :YAG晶体低的原因可能是由于存在Cr4+和Yb3 +离子的吸收使得Yb离子发生浓度淬火 ,但如果用高功率的二极管来泵浦 ,使得Yb离子能发生粒子反转 ,从而可以实现Cr4+对Yb3 +的自调Q激光输出。在室温下用钛宝石激光器泵浦 (Cr,Yb) :YAG晶体获得自调Q激光输出也证明了掺Cr和Yb和YAG晶体是一种新型的自调Q激光晶体 ,从而进一步可以实现固体激光器的小型化和集成化。

Yb:YAG晶体的光谱性能

系统地研究了不同掺杂浓度的 Yb:YAG晶体的光谱特性 ,通过吸收光谱的测量计算了晶体的吸收截面 ,用对易法计算了晶体的发射截面。在 Yb:YAG晶体毛坯中发现 Yb2 +和色心 ,其浓度随 Yb:YAG晶体中 Yb3+ 的增加而增加。经 140 0℃氧气氛退火后消失。首次用光子激发和 X射线激发研究了 Yb:YAG晶体的荧光特性。

温梯法生长大尺寸Yb∶YAG晶体

应用温梯法生长出直径为 76mm的Yb∶YAG晶体。运用ICP AES测定了Yb3 + 离子在Yb∶YAG晶体中的分凝系数约为 1.1。室温下 ,测定了晶体在 190～ 12 0 0nm之间的吸收光谱 ,发现了吸收峰中未知的色心吸收 ,色心的形成机制有待于进一步研究。

Yb∶YAG晶体的荧光特性研究

测量了不同掺杂浓度Yb∶YAG晶体氧化和还原气氛退火前后的色心吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命 研究了色心对Yb∶YAG晶体的荧光强度和荧光寿命的影响 结果表明 ,只有当Yb的掺杂浓度大于 10at.%时 。

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．

Cr,Yb:YAG晶体的光谱性质

采用提拉法生长了原子分数为10％的Yb和不同掺杂浓度Cr的Cr,Yb:YAG激光晶体.测试了室温下晶体的吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命.随着晶体中Cr离子掺杂浓度的增加,晶体在1.03μm处的吸收系数增大、荧光强度和荧光寿命下降,同时Yb3+→Cr4+能量转移效率增加、量子效率降低.确定了Cr,Yb:YAG晶体中Cr的最佳浓度值.

Yb∶YAG晶体的生长缺陷及位错走向

用同步辐射透射白光形貌相和应力双折射法研究了沿 111 方向生长的Yb∶YAG晶体的生长缺陷、晶体中的位错起源和走向。Yb∶YAG晶体中的生长缺陷主要有 :生长条纹、核心和位错等。晶体中的位错主要起源于籽晶、杂质粒子以及生长初期的晶种和固液界面处位错成核。位错的走向垂直于生长界面 ,符合能量最低原理。采用凸界面生长工艺可以有效的消除晶体中的位错。

Yb:YAG晶体中的荧光浓度猝灭现象

在Ｙｂ：ＹＡＧ晶体中发现浓度猝灭现象，对猝灭机制进行了分析研究．指出退火前晶体的荧光浓度猝灭现象主要由Ｙｂ２＋、色心和由此产生的晶格畸变所致；高掺杂浓度时痕量稀土杂质离子的存在也将导致浓度猝灭．确定了Ｙｂ：ＹＡＧ晶体中Ｙｂ３＋的理想掺杂浓度．

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％。

提拉法与温梯法Yb∶YAG晶体性能的比较

采用提拉法和温梯法生长出掺杂浓度为 5 %原子分数的Yb∶YAG激光晶体 ,比较了两种不同生长方式的晶体在晶胞参数、Yb离子纵向分布以及吸收光谱上的差异 ,发现温梯法生长对晶体晶胞结构影响较少 ,但是Yb离子纵向分布相差较大。指出提拉法生长的晶体在 2 5 6nm处的弱吸收是由于Fe3 + 引起的。

Yb∶YAl_3(BO_3)_4 晶体形貌与生长速度的关系

观察测量了不同生长速度 (相应于不同降温速度 )自发成核生长的Yb∶YAl3(BO3) 4 晶体形貌。粒度较大 ( >2mm)的晶体不管降温速度快慢形态都很简单 ,只发育六方柱 { 112 0 }和菱面体 { 10 11} ;粒度较小 ( <2mm)的晶体形态随降温速度增快而变复杂 ,发育一些罕见的高指数晶面。说明在生长速度较快的条件下 ,在晶体生长早期 ,一些高能面发育 ,在晶体生长后期已尖灭了 ,晶体生长的大部分时间是在低能面 { 112 0 }和 { 10 11}上进行的。对比了不同生长条件下晶面的粗糙度 ,随着降温速度的增快 ,六方柱面 { 112 0 }和菱面体面 { 10 11}由光滑变粗糙 ,顶面 { 0 0 0 1}永远是粗糙的。从晶体结构上定性地探讨了 3种晶面的杰克逊因子α及生长机理。