激光晶体R~3+:A_2La_(0.667)(VO_4)_2(R=Nd, Yb:A=Sr, Ba)和Ca_9Nd(VO_4)_7的研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 庄乃锋 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2005 |
| 授予单位 | 中国科学院福建物质结构研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院福建物质结构研究所 |
| 导师 | 王国富 |
| 关键词 | 晶体生长 钒酸盐 激光晶体 光谱 自激活 荧光浓度碎灭 |
| 中文摘要 | 自上世纪八十年代中期以来，激光二极管（LD）泵浦固体激光器得到飞速的发展，激光二极管（LD）正逐步取代传统的闪光灯成为固体激光器的新型泵浦源。因此，探索适合LD泵浦的掺Nd3＋和Yb3+的新型激光晶体已成为研究热点。本论文围绕这一研究热点开展了激光晶体R3+：A2La0.667（VO4）2（R＝Nd，Yb；A＝Sr，Ba）和Ca9Nd（VO4）7的研究工作。本论文首先对激光晶体的基本特征、发展历史和研究现状作了简要的概述。简单介绍了开展研究工作所需要的稀土激光晶体的光谱基础理论知识、晶体生长方法及原理、对晶体性质进行表征的X射线衍射技术、吸收光谱、荧光光谱、荧光寿命测试技术和固体激光器的工作原理。本论文研究了激光晶体R3＋：A2La0.667（VO4）2（R=Nd，Yb；A=Sr，Ba）和Ca9Nd（VO4）7的晶体生长、光谱性质、激光性能及部分的物理性质。采用提拉（Czochrolski）法生长出最大尺寸分别为16*18*21mm3、14*15*21mm3、11*22*25mm3的Yb3＋：Sr2La0.667（VO4）2、Nd3＋：Sr2La0.667（VO4）2、Nd3＋：Ba2La0.667（VO4）2和尺寸为18*20*22mm3的Ca9Nd（VO4）7晶体。Sr2La0.667（VO4）2、Ba2La0．667（VO4）2晶体具有强的生长方向依赖性，在生长Yb3＋：Sr2La0.667（VO4）2、Nd3＋：Sr2La0.667（VO4）2和Nd3＋：Ba2La0.667（VO4）2晶体时，籽晶取向的选择以及晶体生长过程中拉速和转速的控制对晶体的质量有限大影响。晶体生实验表明，掺Nd3+和Yb3+的Sr0La0.66（VO4）2晶体沿＜501＞方向生长可获得较好的结果。由于Nd3+和Ba2+的半径差异大，Nd3＋：Ba2La0.667（VO4）2的件仕阵撮过程中容易开裂。在Sr2La0.667（VO4）2、Ba2La0.667（VO4）2和Ca9Nd（VO4）7晶体生长结束后的退火阶段，往炉膛内充入少量的O2可有效地防止因晶体内部低价钒酸盐采用热膨胀分析仪测量出Sr2La0.667（VO4）2晶体线热膨胀系数为：aa＝11.93*10-6K-1，ac＝10.02*10-6K-1，Ca9Nd（VO4）7的线热膨胀系数为：aa＝15.09*10-6K-1，ac＝10.77*10-6K-1。采用变温x射线粉末衍射仪测量了Nd3＋：BaZLa“67（V 04）2晶体的线热膨胀系数为：aa＝11.00*10-6K-1，ac＝12.94*10-6K-1。Sr2La0.667（VO4）2、Ba2La0.667（VO4）2和Ca9Nd（VO4）7三种晶体的硬度测量值分别为374.6、344.5和366.2VDH。在室温下测量了Nd3＋：Sr2La0.667（VO4）2、Nd3＋：Ba2La0.667（VO4）2和Ca9Nd（VO4）7晶体的吸收光谱、荧光光谱以和荧光寿命，并根据J-O理论计算了它们的光谱参数。Nd3＋：Sr2La0.667（VO4）2、Nd3＋：Ba2La0.667（VO4）2和Ca9Nd（VO4）7晶体在808nm左右的吸收峰的半峰宽较宽，分别为22、22、11num，如此宽的吸收峰将有利于激光晶体对LD泵浦光的吸收。同时，Nd3＋：Sr2La0.667（VO4）2、Nd3＋：Ba2La0.667（VO4）2晶体的光谱质量参数芜都比较大，在较低的Nd3＋浓度情况下在850-950nm波段有较大的荧光分支比，有利于实现该波段的激光输出。采用“迁移模型”对Nd3＋：Sr2La0.667（VO4）2、Nd3＋：Ba2La0.667（VO4）2和Ca9Nd（VO4）7晶体中Nd3＋离子的无辐射跃迁速率进行分析。结果表明，这三种晶体的CDA参数比Nd3＋：GdVO4和Nd3＋：YAG晶体的cDA参数小1-2数量级，表明其具有较弱的浓度碎灭效应，有利于提高晶体中Nd3＋的掺杂浓度。Yb3＋：Sr2La0.667（VO4）2晶体光谱性质研究表明，该晶体在976nm处有较强的吸收峰，其半峰宽为16nm，吸收跃迁截面为σπa＝1.83*10-20cm2和σσa＝1.53*10-20cm2，有利于InGaAs半导体激光泵浦。晶体在1030nm左右具有很宽的兀偏振荧光发射峰，其半峰宽为62.5lnm适合作为可调谐或飞秒脉冲超快激光晶体。此外，该晶体具有较大的发射跃迁截面和小的最低泵浦功率。当采用1084nm作为激光输出波长时，其最低泵浦功率密度仅为0.08KW／cm2，同时发射跃迁截面仍较大，为2.19*10-21cm2，这将有利于降低激光阐值。该晶体有可能成为新型LD泵浦的可调谐或产生飞秒脉冲的超快激光晶体。氛灯泵浦激光实验表明，自激活激光晶体Ca9Nd（VO4）7具有较低的泵浦闭值和较高的斜效率。在输出镜透过率为T＝0.87％时，测得其激光振荡闽值仅为0.19J。在透过率为24.8％时的效率最大，曲线的斜效率ns为0．52％。当氨灯输入能量为10.9J时，获得了39.7mJ的输出，总效率η0为0.36％。同时，该晶体输出的激光为线偏振光，激光发散度小，为1.25mrad。另外，自激活激光晶体Ca9Nd（VO4）7在811nm处有很高的吸收系数（达到82.1cm-1），同时又具有较大的发射跃迁截面和较弱的荧光碎灭效应。因此，如进一步提高晶体质量、优化激光实验的条件或采用LD泵浦方式，Ca9Nd（VO4）7晶体的激光性能还有可能得到进一步提高。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-05-07 |
| 页码 | 128 |
| 源URL | [http://ir.fjirsm.ac.cn/handle/350002/7202]  |
| 专题 | 福建物质结构研究所_中科院福建物质结构研究所_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 庄乃锋. 激光晶体R~3+:A_2La_(0.667)(VO_4)_2(R=Nd, Yb:A=Sr, Ba)和Ca_9Nd(VO_4)_7的研究[D]. 中国科学院福建物质结构研究所. 中国科学院福建物质结构研究所. 2005. |
入库方式： OAI收割
来源：福建物质结构研究所
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