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《长春理工大学》 2011年
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稀土掺杂钨酸钆钠激光晶体生长与性能研究

林海  
【摘要】:钨酸钆钠(NaGd(WO4)2,简称:NGW)晶体是一种新型的激光基质材料,具有吸收峰宽、荧光寿命长、阈值低、增益大、效率高、热效应小等优点。该晶体可掺入较高浓度的稀土离子,因此增益介质可做成微片,这对实现半导体激光二极管(LD)泵浦的固体激光器的集成化、小型化将具有十分重要的意义。 在NGW晶体中掺入Nd3+、Yb3+等稀土离子可实现1μm波段激光输出。而以Ho3+或Tm3+作为2μm波段激活离子,以Yb3+作为敏化离子,利用NGW晶体优异的物理化学性能,通过Ho3+ (Tm3+)与Yb3+间能量转移,可实现2μm激光输出,既降低了激光振荡阂值,又提高了输出效率,具有人眼安全、大气传输特性好等优点。 1.采用中频感应加热提拉法,生长了NGW晶体。通过XRD分析,验证了晶体属于四方晶系、I41/a空间群,并计算了晶胞参数。测试了的TG-DTA曲线。由DTA曲线确定了晶体的熔点,通过TG曲线表明晶体在熔点以下的热稳定性很好,适合采用提拉法生长。测试了晶体的红外光谱和拉曼光谱,对振动模式进行了归属。 2.采用中频感应加热提拉法,生长了Nd:NGW激光晶体。讨论了晶体的散射颗粒、生长条纹、包裹物、位错等缺陷的形貌,分析了其产生原因。比较了不同掺杂浓度的吸收光谱,随着Nd3+掺杂浓度的提高,吸收线宽无明显变化,但是吸收截面明显变大。不同掺杂Nd3+浓度样品的吸收谱形状基本一样,未出现畸变结构,说明能级间相对位置没有变化,单个离子的格位情况基本没有变化。 吸收光谱表明,在400nm到900nm范围内存在一系列的吸收峰,在805nm、753nm、586nm附近的吸收峰较强、较宽,有利于LD泵浦。荧光光谱表明,晶体的最强的发射波长为1058.6nm,对应于4F3/2→4I11/2能级跃迁,另一个较弱的荧光发射波长为1334.2nm,对应于4F3/2→4I13/2能级跃迁,最弱的发射峰波长为896.5nm,对应于4F3/2→4I9/2能级跃迁。并计算了光谱参数。 研究了晶体的激光性能,测试结果表明,LD泵浦的Nd:NGW激光器的激光波长在1060 nm附近,而且吸收带宽较宽,正好与泵浦源相匹配。 3.采用中频感应加热提拉法,生长了Yb:NGW激光晶体。比较了不同掺杂浓度的吸收光谱,晶体中吸收截面随着掺杂浓度的增大而减小。分析得出,随着掺杂浓度的增大,掺杂离子间的距离逐渐减小,当小于1-2nm时,将发生离子间的交叉弛豫,导致基态离子对970nm光子的吸收减少。 晶体吸收光谱在932nm、968nm附近有较强、较宽的吸收峰,有利于用LD泵浦。荧光光谱表明,晶体发射波长为1010nm,对应于2F5/2_2I7/2能级跃迁。并计算了光谱参数。 4.采用中频感应加热提拉法,生长了Ho,Yb:NGW激光晶体。晶体吸收光谱yb3+在933nm和978nm处存在吸收峰,在978nm处吸收峰较强,半峰宽为13nm,适合采用LD泵浦,并对Ho3+、Yb3+吸收峰对应的激发态进行了归属。晶体的荧光光谱在1959nm、1998nm、2043nm有较强的发射峰,其中最强峰的发射波长为2043nm,是Ho3+的主要发射波长。发射截面积为σe=1.82×10-20cm2。 晶体的上转换性能研究表明,在546nm、648nm附近出现了上转换绿光和红光的吸收峰,并研究了晶体的上转换机制,指出了相应的跃迁通道。 5.采用中频感应加热提拉法,生长了Tm,Yb:NGW激光晶体。吸收光谱在965nm处有较强的吸收峰,表明这种掺杂方式有利于Yb3+对泵浦光的高效率吸收。荧光光谱表明,Yb3+发射主峰在1031nm附近,发射线宽(FWHM)达15nm,Tm3+的荧光发射波长在1679nm-1842nm范围内,发射主峰1772nm处的半高宽为72 nm左右。 晶体的上转换性能研究表明,在476nm,650 nm处得到了上转换蓝光和红光,并研究了晶体的上转换机制,指出了相应的跃迁通道。
【学位授予单位】:长春理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O782

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【参考文献】
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