温梯法生长优质Nd:YAG激光晶体

Al_2O_3-Nd_2O_3-Y_2O_3三元系熔体是一种多组份的复合相平衡,尤其是 Nd离子的进入使得Al在YAG 结构中的四重配位不稳定,其结晶条件远不同于蓝宝石。考虑了 Nd:YAG单晶生长中可能出现的问题以及垂直凝固结晶法的工艺特点,我们对生长装置及发热体作了合理的设计,结合生长参数的选择以及原料的精心配制和处理,已经成功而稳定地生长出Nd浓度分布较均匀、光学完整性好、散射颗粒少及低位错密度的优质Nd:YAG激光晶体。     

In:Yb:Nd:LiNbO3晶体的生长和光谱性能

采用提拉法生长了0.4%(摩尔分数)Yb_2O_3,0.4%Nd_2O_3和(0.5%、1.0%、2.0%)In_2O_3的3种同成分In:Yb:Nd:LiNbO_3晶体。测试了掺杂晶体的紫外-可见吸收光谱和上转换发射光谱,探究了最优掺杂晶体的上转换发光强度与激发功率的关系。结果表明:随着In:Yb:Nd:LiNbO_3晶体中In3+浓度的增加,晶体的紫外吸收边分别位于349、340、和338 nm处。采用980 nm二极管激光器激发获得的上转换发射光谱表明,上转换绿光的发射光强度最强,其次为上转换红光的发射强度,中心波段分别位于562、726 nm处,对应于Nd3+的4G9/2→4I11/2跃迁及4G9/2→4I15/2跃迁。2%In:Yb:Nd:LN晶体上转换荧光发射性能最优。根据不同激发功率测试,Nd~(3+)的近红外发光属于单光子过程,上转换红光及上转换绿光发光属于双光子过程。     

Ce:Nd:ZnWO4激光晶体的生长及其光谱性能

采用提拉法生长出光学质量的Nd:ZnWO4,Ce:ZnWO4和Ce:Nd:ZnWO4晶体.通过X射线衍射仪对晶体样品的微观结构进行了分析.测试了晶体的吸收光谱、电感耦合等离子体原子发射光谱和荧光光谱.根据Judd-Ofelt理论计算出Nd:ZnWO4晶体中Nd3 的强度参数为:Ω2=6.820 2×10-20 cm2,Ω4=0.463 3×10-20 cm2,Ω6=0.443 5×10-20 cm2.研究了Ce3 和Nd3 之间的能量转移现象.结果表明:Nd3 在850 nm激发时产生上转换发射峰位于474 nm和572 nm处,分别对应于2G9/2,4K13/2到基态能级4I9/2跃迁,计算出该峰的自发辐射几率为1 360 s-1,荧光寿命为7.353×10-4 s,发射截面为0.905 9×10-23 cm2.     

短波长可调谐激光晶体Ce∶YAlO_3~①

用引上法生长了光学质量良好的Ce:YAlO_3晶体.本文介绍了其生长工艺和其吸收光谱,激发光谱及发光光谱的测试结果,认为该晶体很有希望实现短波长可调谐激光输出.     

Cr3+:LiCaAlF6晶体提拉法生长的研究

在国内首次报道熔体提拉法生长Ｃｒ＾３＋：ＬｉＣａＡｌＦ６晶体的研究。晶体生长工艺中不用ＨＦ流动气氛的铂金炉膛。研究出质量较好的尺寸达Φ（２０－２５）ｍｍ×（９０－１２０）ｍｍ的晶体。测定晶体对８０９ｎｍ红外波段的吸收关系数μ为１０＾－２量级,晶体中无ＯＨ＾－,对于熔体的富Ｌｉ组成,ＣｒＦ３对氧化作用的敏感以若干晶体缺陷生长工艺的关系等方面进行了讨论。     

Mg:Ho:LiNbO3晶体的生长及其激光性能

在生长LiNbO3的熔体中掺进1%(摩尔分数,下同)的Ho2O3和分别掺入1%,4%,5%MgO,用提拉法生长Mg:Ho:LiNbO3晶体.测量了晶体的光谱性能和抗激光损伤能力.结果表明:5%Mg:1%Ho:LiNbO3晶体红外光谱的OH-吸收峰移到3 534 cm-1;晶体抗光损伤能力比LiNbO3晶体提高2个数量级以上.随着Mg:Ho:LiNbO3晶体中Mg2 浓度的增加,吸收光谱中吸收边连续紫移;Mg:Ho:LiNbO3晶体最强的跃迁光谱项为3I8→5G6,对应的吸收波长为459nm,是最佳泵浦波长.晶体的荧光光谱表明:Mg:Ho:LiNbO3晶体较易实现激光振荡的是4S2→5I8和5I7→5I8跃迁,对应的发射波长分别为546nm和2011nm,选用波长为620nm的激光激发Mg:Ho:LiNbO3晶体,由其上转换荧光光谱得到波长为523nm的荧光,实现了红绿光的转换.     

Nd:YAIO_3晶体主折射率的测量

用自准直法测量了Nd:YAlO_3晶体在波长0.5398μm、0.6328μm和1.0795μm的主折射率,鞘度为±1×10~(-4),并计算了单项Sellmeier方程的参数。     

低阈值激光自倍频晶体Nd:GdCa4O(BO3)3

利用提拉法生长出大尺寸、高质量的激光自倍频晶体Nd:GdCa4O(BO3)3 (Nd:GdCOB).测量了Nd:GdCOB晶体的室温偏振透过谱及荧光谱,计算了其在530 nm和811 nm处沿不同主轴的吸收截面.利用电光调Q-Nd:YAG激光器,首次测试得出晶体位于XY主平面外的(θ=66.8°,φ=132.6°)位相匹配方向的有效倍频系数为2.1 pm/V;而在XY主平面内(θ=90°,φ=46°)的方向为0.7 pm/V.通过计算和实验比较,认为前者位相匹配方向为最佳倍频方向.用钛宝石连续激光器对这两个方向的样品进行自倍频实验,在520 mW的输入功率时获得绿光输出为11.3 mW,光-光转换效率为2.3%,激光阈值低于1 mW.目前θ=66.8°,φ=132.6°匹配方向在大功率钛宝石泵浦下,转换效率可以达到14.4%.     

Nd:YAG晶体的光谱测试及其新波长激光

采用提拉法生长了掺Nd3+量为1.2%(摩尔分数)的Nd3+:Y3A15O12(Nd:YAG)激光晶体.测定了Nd:YAG晶体室温下300～3 000nm的吸收光谱和808nm激光激发的荧光光谱,核定了Stark能级的位置.结果表明:Nd:YAG晶体产生的1.3μm波长激光适用于光通讯,并具有人眼安全,对大气吸收低等特点,可用于激光雷达和和外科手术.4F3/2→4I9/2跃迁的946 nm激光,倍频后产生的473nm蓝色激光,在激光存储和光显示方面有重要应用.4F3/2→4I11/2跃迁的1122nm激光倍频后可产生561 nm黄色激光,可用作生物显微镜光源.     

掺铒铝酸钇(Er~(3+):YAlO_3)单晶生长

开拓新波段的应用是现今固体激光器发展方向之一。掺铒铝酸钇(Er~(3+):YAlO_3)激光晶体是1.66μm及2.7—2.9μm波段固体激光器重要工作物质。本文着重描述Er~(3+)YAlO_3原料硝酸去水、氮气氛加少量氧以及熔体过热等对生长的晶体质量的影响。     

Yb3Al5O12激光晶体的生长

采用中频感应提拉法成功生长出Yb3Al5O12(YbAG)激光晶体.通过X射线粉末衍射分析,得出了YbAG晶体的晶胞参数a=1.193799nm,β=90°,V=1.70135nm3;密度为6.62g/cm3.测量了室温下YbAG晶体的吸收光谱和发射光谱特性.研究表明在938nm和968nm处存在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;其荧光主峰位于1036nm附近,YbAG晶体的荧光寿命为270μs.     

BeAl_2O_4:Cr激光晶体的晶轴测定

分别采用X射线衍射法与光学方法测定并验证了用引上法生长的BeAl_2O_4:Cr晶体的晶轴取向,根据测定的结果确定了用a、b、c三种生长方向生长的晶体的显露面指数,并与光学法测定的结果进行了对照。     

钛宝石激光器泵浦(Cr4+,Nd3+):YAG晶体的自调Q激光器

用钛宝石激光器泵浦单块(Cr4+, Nd3+:YAG)晶体获得了1.064 μm的自调 Q激光输出.激光输出的模式是稳定的单纵模, 泵浦的阈值功率为63 mW, 脉冲宽度(F WHM)为8 ns, 斜率效率高达24%.随着泵浦功率的变化, 脉冲宽度保持不变, 而重复频率则在变化.这种把激光增益介质和可饱和吸收体结合到一起的自调Q激光晶体的研究将有利于固体激光器的全固化、集成化和实用化.     

Mg:Er:LiNbO3晶体的生长和抗光损伤性能

在1％(摩尔分数,下同)Er：LiNbO3中分别掺入2％,4％,6％的MgO,用提拉法生长Mg：Er：LiNbO3晶体。用X射线荧光光谱仪测试Mg：Er：LiNbO3晶体中Mg和Er的分凝系数。采用m线法研究Mg：Er：LiNbO3晶体波导基片光损伤阈值。结果表明：随着Mg^2 浓度的增加,Er^2 在LiNbO3中的分凝系数下降。6％Mg：1％Er：LiNbO3晶体波导基片光损伤阈值比1％Er：LiNbO3基片提高2个数量级以上。采用锂空位模型讨论Mg：Er：LiNbO3晶体光损伤阈值提高的机理。     

Yb:Ca5(PO4)3F激光晶体的生长缺陷

采用提拉法生长了质量优异的Yb：Ca5（PO4）2F（Yb：FAP）晶体。运用化学腐蚀,光学显微镜、扫描电子显微镜以及能量散射光谱仪观察了该晶体中的生长条纹和包裹物等宏观缺陷,以及晶体的位错腐蚀形貌、位错密度及其分布情况,同时观察了晶体中亚晶界的形态。由晶体中位错的径向变化以及生长条纹可知：晶体在生长过程中为微凸界面生长。高温下CaF2的挥发造成了在晶体生长后期熔体中组分偏离化学计量比,出现组分过冷,形成包裹物。且位错密度显著增加。Yb：FAP晶体的各向异性使得晶体在（10 10）面的位错蚀坑形状、大小以及深度不同,而（0001）面的位错蚀坑呈规则的六边形;这也是晶体中形成亚晶界结构的主要原因。讨论了减少晶体中缺陷的一些方法。     

Nd:NaY(WO4)2晶体的生长及其性能

NdNaY(WO4)2(简称NdNYW)是一种性能优良的激光晶体.采用提拉法生长出了四方晶系白钨矿结构的NdNYW晶体.通过热重-差热分析得到晶体的熔点为1 209.07℃,测试了NdNYW晶体的红外光谱和Raman光谱,并分析了晶体的吸收光谱.结果表明该晶体在804,752,586 nm附近有较强、较宽的吸收峰,适合于半导体激光器泵浦.讨论了晶体的红外和Raman光谱中各峰的振动归属.     

Nd Ce：YAlO3激光晶体中Ce^3＋→Nd^3＋的能量转移特性

测试并分析了Nd,Ce:YAlO_3晶体的吸收光谱、激发光谱和发光光谱,证实了YAlO_3中存在着Ce~(3+)→Nd~(3+)的能量转移,因此掺入Ce有可能大大提高Nd:YAlO_3的激光效率.     

Yb3+:Gd3Ga5O12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1030 nm,该荧光是由Yb3+激发态2F5/2向基态2F7/2能级跃迁产生的.     

激光晶体BeAl_2O_4:Cr~(3+)生长缺陷的电镜观察

本文报道提拉法c轴生长紫翠宝石(BeAl_2O_4·Cr~(3+))激光晶体中生长缺陷的电镜观察结果。晶体生长中出现的云层区中存在大量的气泡,包裹物、位错、小角晶界等缺陷。胞状结构的胞壁附近存在大量的包裹物。相邻胞体之间存在取向差。在垂直于晶体生长方向的(001)面上观察到可滑移位错。对这些缺陷的形成原因进行了初步的分析。     

用激光光散射层貌术研究Nd:YAG晶体中的缺陷

用激光光散射层貌术研究Nd:YAG晶体中杂质缀饰的缺陷,从中清晰地观察到不同类型的缺陷及其相互作用。在晶体中存在两种类型的攀移蜷线位错,Ⅰ型蜷线位错是围绕包裹物形成的并与GGG晶体中的蜷线相似。Ⅱ型蜷线位错是围绕小晶面组成的内核而攀移成的,其立体结构可以通过逐层扫描照相显示出来,蜷线的环面直径为1.2mm,长度为40mm,这类蜷线位错还未见报道。