氟化物激光晶体 Nd3+:LiYF4的坩埚下降法生长

本文报道了氟化物激光晶体Ｎｄ３＋： ＬｉＹＦ４的坩埚下降法生长工艺．采用经氟化处理的无水氟化物原料,按照 ＬｉＦ： ＹＦ３＝ ５１．５： ４８．５的比例配料,控制炉体温度于 ９２０～９６０℃,晶体生长速度为 ０．４～０．８ ｍｍ／ｈ,通过密闭条件下的坩埚下降法生长出尺寸为 ４２５ｍｍ×８０ｍｍ的完整单晶．     

Nd:Gd_xY_(1-x)Ca_4O(BO_3)_3晶体的生长及其光谱性能研究

利用熔体提拉法生长了大尺寸,高质量的新型激光自信频晶体Ｎｄ：ＧｄｘＹ１－ｘＣａ４Ｏ（ＢＯ３）３简称Ｎｄ：ＧｄＹＣＯＢ）．对Ｎｄ：ＧｄＹＣＯＢ晶体的ＸＲＤ衍射图进行指标化,得到它的晶胞参数为α＝８．０８０Ａ; ｂ＝１６．０１６Ａ; ｃ＝３．５３８Ａ; β＝１０１．１８°;μ＝４９１．１Ａ３．对取自不同部位的晶体粉末进行ＩＣＰ原子发射光谱分析表明晶体整体组份均匀一致,根据熔体和晶体粉末的ＩＣＰ数据计算,Ｎｄ：ＧｄＹＣＯＢ晶体中Ｎｄ３＋的分凝系数为０．６３．首次报道了 Ｎｄ：ＧｄＹＣＯＢ晶体２００～３０００ｎｍ室温透过光谱和室温荧光光谱及荧光寿命．室温透过光谱表明Ｎｄ：ＧｄＹＣＯＢ晶体的紫外吸收边在～２２０ｎｍ,具有很宽的透光波段（～２２０～２７００ｎｍ）; Ｎｄ：ＧｄＹＣＯＢ晶体在８００ｎｍ附近存在很强的吸收,适合于ＬＤ泵浦．荧光光谱表明Ｎｄ：ＧｄＹＣＯＢ晶体是一种很有潜力的ＲＧＢ（ｒｅｄ;ｇｒｅｅｎ, ｂｌｕｅ）激光自信频晶体．掺杂 ４％、 ５％ Ｎｄ：ＧｄＹＣＯＢ晶体的荧光寿命分别为 １０５μｓ和１００μｓ．     

YCOB晶体生长与激光倍频性能研究

坩埚下降法沿＜０１０＞和＜００１＞方向生长了直径达到２５ｍｍ的完整透明的Ｃａ４ＹＯ（ＢＯ３）３ （ＹＣＯＢ）晶体．化学腐蚀结果表明，所生长晶体无孪晶或亚晶界等缺陷，晶体尾部的位错密度 不超过１８００／ｃｍ２测量了ＹＣＯＢ的透射光谱，其截止波长为２００ｎｍ进行了ＹＣＯＢ晶体对 Ｎｄ：ＹＡＧ激光的二次倍频实验．通过与ＫＤＰ晶体对比，计算出ＹＣＯＢ晶体的有效非线性系数 在Ⅰ型相位匹配方向（θ，φ）＝（６６．３°，１４３．５°）和（６５．９°，３６．５°）上分别为１．４５ｐｍ／Ｖ和０．９１ｐｍ／Ｖ； 大于ＫＤＰ和 ＬＢＯ晶体．在脉冲宽度１０ｎｓ的 Ｎｄ：ＹＡＧ激光单脉冲辐射下ＹＣＯＢ晶体出现体 损伤的激光损伤阈值不低于８５ＧＷ／ｃｍ２．     

大尺寸Y:PbWO4晶体的坩埚下降法生长与光学均匀性研究

报道了大尺寸Ｙ：ＰｂＷＯ_４晶体的坩埚下降法生长工艺,讨论了影响晶体生长的主要 因素．探讨了消除晶体开裂、抑制晶体组分过冷的工艺措施,成功地生长出无宏观缺陷的大尺 寸Ｙ：ＰｂＷＯ_４晶体,尺寸达５２ｍｉｎ×５２ｍｍ×２５０ｍｍ．同时,对实验样品沿晶体生长方向不同部 位的横向透过率及发射光谱进行了测试,结果表明,坩埚下降法生长的大尺寸Ｙ：ＰｂＷＯ_４晶体 具有较好的光学均匀性．     

不同热化学还原LiNbO3∶Ti或Mn晶体杂质电荷态和点缺陷

采用光学吸收和电子顺磁共振（ＥＳＲ）技术表征不同热化学还原ＬｉＮｂＯ３∶Ｔｉ，Ｍｎ（ＬＮ∶Ｔｉ，Ｍｎ）和纯的Ｌｉ／Ｎｂ＝０．９４５一致熔化ＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）晶体的热力学还原习性。将ＬＮ∶Ｔｉ（厚度为１ｍｍ）样品放在Ｌｉ２ＣＯ３中、６００℃、保温７ｈ，产生６９０ｎｍ（～１．８ｅＶ，Ｔ＝６７％）和峰值靠近７８５ｎｍ（Ｔ＝７１％）的７７０～８１０ｎｍ光学吸收带，它们分别对应于Ｔｉ＾３＋的＾２Ｔ→＾２Ｅ     

激光／磁光复合功能晶体－Nd：Bi_4Ge_3O_（12）

随着半导体二极管激光泵浦技术的发展，掺钕锗酸铋（Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ（１２））晶体重新成为一种引人注目的激光材料．本文给出Ｎｄ：ＢＧＱ在８００ｎｍ附近的光吸收和激发谱，以及１０６μｍ波段的受激发射性能．并首次测得它在１．０６μｍ处室温Ｖｅｒｄｅｔ常数为０．０３３’／ｃｍ·Ｇｓ．比ＦＲ－４磁光玻璃高２７％，这意味着，Ｎｄ：ＢＧＯ已成为目前唯一的激光／磁光复合功能材料．本文讨论了Ｎｄ：ＢＧＯ中各类缺陷的形成机制及消除办法，通过改进工艺参数，生长出光学性质优良、Ｎｄ２Ｏ３掺入量达到１．５Ｗｔ％的晶体．利用其自身的磁光效应，研制成二极管激光泵浦、自调ＱＮｄ：ＢＧＯ激光器，获得１００ｎｓ的稳定脉冲输出．     

Ge0.05Si0.95/Si脊形光波导的分析及设计

在Ｇｅ０．０５Ｓｉ０．９５／Ｓｉ脊形光波导的等效模型的耻,利用数字迭代法求解出了平板光波导波导层的有效折射率Ｎ１,Ｎ２及脊形光波导等效模型的有效折射率Ｎ３。从求出的有效折射率来确脊形光流导传输单模光流时要求的内外脊高ｂ和ｈ及脊宽ω,综合考虑得出ｂ＝５０００ｍｍ,ｈ＝３５００ｎｍ,ω＝７０００ｎｍ。从而为脊形光波导的设计提供了有价值的理论依据。     

在多工位炉上CeO2:Bi12SiO20单晶生长的研究(Ⅰ)──地面生长实验部分

Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０是一种优质的光折变晶体．但在地面生长掺Ｃｅ：ＢＳＯ晶体时遇到的主要问题是分凝系数远远＜１，导致晶体组分不均匀．本文采用在空间生长掺Ｃｅ：ＢＳＯ晶体的多工位炉进行地面晶体生长，测试了ＣｅＯ_２浓度分布和掺Ｃｅ：ＢＳＯ晶体的透过率，以便同空间生长掺Ｃｅ：ＢＳＯ晶体进行比较．     

GaN光导型紫外探测器

研究了以金属有机物化学气相沉积方法生长在６Ｈ－ＳｉＣ衬底上的ＧａＮ光导型紫外探测器的光电流性质。通过光电流谱的测量，获得了ＧａＮ探测器在波长２５０ｎｍ－３６０ｎｍ范围近于平坦的光电流响应，并且观察到在３６５ｎｍ（￣３．４ｅＶ）带边附近陡峭的截止边。测得ＧａＮ探测器在５Ｖ偏压下在３６０ｎｍ波长处的光电流响应度为１３３Ａ／Ｗ，并得到了其响应度与外加偏压的关系。通过拟合光电信号强度与入射光调制频率的实验     

高温相偏硼酸钡单晶的下降法生长

采用坩埚下降法生长出了新型双折射晶体高温相偏硼酸钡α-BaB₂O₄单晶,尺寸为φ25mm×100mm,在He-Ne激光照射下无散射颗粒和生长条纹,在可见光区用复式宝石折射仪粗略测得该晶体的双折射率△n≈0.13,在200～900nm光区的透过率>80％.简要介绍了晶体生长的一些基本参数.     

熔体组成与PbWO4:Y3+晶体闪烁性能稳定性的关系

部分PWO:Y³⁺晶体辐照后光产额升高,并且辐照硬度对退火温度较敏感.本文选取未掺杂及Sb、La³⁺、Y³⁺单掺和La³⁺/Sb、Y³⁺/Sb双掺的PWO样品进行对照实验,同时选取代表性晶体的顶部急冷料做了X射线荧光主量分析.结果发现:低剂量辐照后光产额升高现象只存在于含Y³⁺离子的PWO晶体中,并且这类晶体往往存在420nm吸收带;在改进Bridgeman法生长PWO晶体的后期,使熔体保持一定程度的负电性将有利于抑制该现象,即可有效地抑制同样是负电性的间隙氧进入晶体.结合测试数据,本文讨论了该现象的起因和机理,提出了掺杂剂的选择原则.     

Si4+离子对Y3+:PbWO4晶体闪烁性能及辐照硬度的影响

Y³⁺离子掺杂钨酸铅晶体特殊的低剂量率辐照行为一般在晶体顶端表现更为明显,以往研究认为该现象起因于晶体中有效分凝系数<1的Na⁺、K⁺和Si⁴⁺等杂质在顶端的富集.本文研究了Si⁴⁺掺杂的Y³⁺:PWO晶体,对晶体顶端和晶种端的分段晶体测试了退火温度对晶体透过率和辐照硬度的影响,结果发现:在实验所涉及的掺杂浓度范围内,Si⁴⁺离子杂质对Y³⁺:PWO晶体的辐照硬度及透过率无影响,可以认为Y³⁺:PWO晶体特殊的低剂量率辐照行为和晶体中的Si⁴⁺离子含量无关.     

熔体组成与PbWO4:Y3+晶体闪烁性能稳定性的关系

部分PWO：Y^3 晶体辐照后光产额升高，并且辐照硬度对退火温度较敏感。本文选取未掺杂及Sb、La^3 ,Y^3 单掺和La^3 /Sb,Y^3 /Sb双掺的PWO样品进行对照实验，同时选取代表性晶体的顶部急冷料做了X射线荧光主量分析。结果发现；低剂量辐射后光产额升高现象只存在于含Y^3 离子的PWO晶体中，并且这类晶体往往存在420nm吸收带；在改进Bridgeman法生长PWO晶体的后期，使熔体保持一定程度的负电性将有利于抑制该现象，即可有效地抑制同样是负电性的间隙氧进入晶体。结合测试数据，本文讨论了该现象的起因和机理，提出了掺杂剂的选择原则。     

钨酸铅晶体生长及其组份挥发

本文首次报道了用坩埚下降技术生长钨酸铅（PWO）晶体;研究了提拉和坩埚下降两种技术生长PWO晶体的组份挥发,得到的结果是PbO的挥发速率高于WO₃,并对一组晶体不同部位的X射线发光性能作了研究．     

Y3+:PbWO4晶体低剂量辐照行为研究

三价稀土离子(Ｌａ^３＋、Ｌｕ^３＋和Ｙ^３＋等)掺杂显著地提高了钨酸铅晶体的辐照硬度,但是部分Ｙ^３＋掺杂钨酸铅晶体表现出特殊的低剂量辐照行为,即光产额辐照后升高,并且辐照硬度对退火温度较敏感 本研究挑选了存在这一现象的Ｙ^３＋:ＰｂＷＯ_４晶体,测试不同温度的退火处理对晶体透过率、光产额和辐照硬度的关系,发现:辐照后光产额升高的现象同时存在于晶体的晶种端,而不是只集中在晶体顶端,并且和辐照前后晶体在４００~５００ｕｍ波段附近的透过率变化有关;生长态Ｙ^３＋:ＰＷＯ晶体中导致４３０ｕｍ吸收带的色心的稳定性很低,低剂量辐照对该色心有“漂白”作用,辐照剂量率加大则晶体表现出光产额的降低;分段晶体的系列退火实验解释了辐照硬度对退火温度较为敏感这一现象,为进一步深入研究提供了实验基础．     

钨酸铅(PbWO_4)晶体的研究进展

钨酸铅(PWO)晶体由于自身特点:高密度(8.28g/cm~3)、短辐射长度(0.87cm)和Moliere半径(2.12cm)、快的闪烁衰减时间((?)<50ns)以及较强的抗辐照损伤能力,已经成为了最具发展潜力的闪烁晶体之一,作为一种良好的闪烁晶体,PWO晶体在高能物理、核医学等领域有着广泛的应用。主要综述了PWO晶体的结构、发光机制、自身缺陷、晶体生长的研究现状,着重阐述了生长工艺改善和离子掺杂改性对钨酸铅晶体性能的影响,分析了PWO晶体的发展前景。     

Y3+:PbWO4晶体低剂量辐照行为研究

三价稀土离子（La^3 ,Lu^3 ,和Y^3 等）掺杂显著地提高了钨酸铅晶体的辐照硬度,但是部分Y^3 掺杂钨酸铅晶体表现出特殊的低剂量辐照行为,即光产额辐照后升高,并且辐照硬度对退火温度较敏感,研究研究挑选了存在这一现象的Y^3 :PbWO4晶体,测试冰同温度的退火处理对晶体透过率,光产额和辐照硬度的关系,发现,辐照后光产额升高的现象同时存在于晶体的晶种端,而不是只集中在晶体顶端,并且和辐照前后晶体在400－500nm波段附近的透过率变化有关;生长态Y^3 :PbWO4晶体中导致430nm吸收带的色心的稳定性很低,低剂量辐照对该色心有“漂白”作用,辐照剂量率加大则晶体表现出光产额的降低,分段晶体的系列退火实验解释了辐照硬度对退火温度较为敏感这一现象,为进一步深入研究提供了实验基础。     

Further study on different dopings into PbWO4 single crystals to increase the scintillation light yield

Since we presented our preliminary result (Nucl. Instr. and Meth. A 486 (2002) 170) at SCINT2001, we have continued our efforts to increase the light yield (LY) of PbWO₄ scintillators by extending different dopings with an aim to find a possibility of using PbWO₄ successfully in Positron Emission Tomography (PET). Overall result obtained for single doping as well as double and tripple co-dopings are summarized, including decay characteristics and radiation hardness. The LY in non-doped PbWO₄ crystals with a size of 10×10×(20–30) mm³ is 25–35 photolectrons/MeV (phe/MeV) corresponding to 3–4% of the LY in BGO, when measured with a bialkali photomultiplier during a gate of 1 μs. The maximum LY increased to 49 phe/MeV for single doping with Mo⁶⁺, 80 phe/MeV for double co-doping of Mo⁶⁺+Sb⁵⁺, and 85 phe/MeV for tripple co-doping of Mo⁶⁺+Cd²⁺+Sb⁵⁺. The radiation hardness is larger than 10⁵ Gy for each of the samples co-doped with Mo⁶⁺+Sb⁵⁺ and Mo⁶⁺+Cd²⁺+Sb⁵⁺, while it is much poorer in PWO:Mo⁶⁺. In each of these co-doped samples, a medium-speed green emission in the microsecond range is created besides the fundamental fast (a few nanoseconds range) blue one, giving a peak at 500 nm in the radioluminescence spectrum similarly as in PWO:Mo⁶⁺.     

Absorption characteristic and nonvolatile holographic recording in LiNbO3:Cr:Cu crystals

The absorption characteristic of lithium niobate crystals doped with chromium and copper (Cr and Cu) is investigated. We find that there are two apparent absorption bands for LiNbO3:Cr:Cu crystal doped with 0.14 wt.% Cr2O3 and 0.011 wt.% CuO; one is around 480 nm, and the other is around 660 nm. With a decrease in the doping composition of Cr and an increase in the doping composition of Cu, no apparent absorption band in the shorter wavelength range exists. The higher the doping level of Cr, the larger the absorbance around 660 nm. Although a 633 nm red light is located in the absorption band around 660 nm, the absorption at 633 nm does not help the photorefractive process; i.e., unlike other doubly doped crystals, for example, LiNbO3:Fe:Mn crystal, a nonvolatile holographic recording can be realized by a 633 nm red light as the recording light and a 390 nm UV light as the sensitizing light. For LiNbO3:Cr:Cu crystals, by changing the recording light from a 633 nm red light to a 514 nm green light, sensitizing with a 390 nm UV light and a 488 nm blue light, respectively, a nonvolatile holographic recording can be realized. Doping the appropriate Cr (for example, NCr = 2.795 x 10(25) m(-3) and NCr/NCu = 1) benefits the improvement of holographic recording properties.     

Spectroscopic properties of Yb3+-doped PbWO4 single crystal

Yb³⁺-doped PbWO₄ single crystal was grown using modified vertical Bridgman method. X-ray diffraction (XRD) analysis, optical absorption spectra, X-ray excited luminescence (XEL), fluorescence of ²F_5/2→²F_7/2 and its lifetime at room temperature were investigated. PWO:Yb³⁺ shows the broad absorption of Yb³⁺ (850–1050 nm) and efficient emission (950–1100 nm). Annealing exerts a distinct influence on the PWO:Yb³⁺ crystal, e.g. disappearance of color and annihilation of the absorption in the region around 450–750 nm, meanwhile the absorption of Yb³⁺ ions was enhanced by the annealing treatment. A novel luminescence band on the X-ray excited luminescence spectra of PWO:Yb³⁺ centered at about 500 nm was observed overlapped on that of PWO host.