学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

掺稀土钨酸钇/钆钾激光晶体的生长与性能研究

作　者: 王宇明
导　师: 刘景和
学　校: 长春理工大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: TSSG法 泡生法 钨酸钆钾 钨酸钇钾 敏化离子 晶体表征 激光性能
分类号: TN244
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 302次
引　用: 3次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


随着激光技术的迅速发展和广泛应用，以激光技术为主要构成的光电子技术的发展和应用将成为一个国家高科技的主要标志之一。驱动这种光电子技术革命的催化剂是各种激光器的应用，因此，作为基础材料的研制和产业化，激光晶体日益显示出它的重要性。高质量激光晶体的生长是高效率LD泵浦固体激光器的基础。LD泵浦激光器的高峰值功率、高平均功率、可调谐是当前和今后的发展方向，其相应的激光晶体的发展趋势是高功率、微型化、多波长和可调谐。本文对单掺稀土离子RE∶KY（WO4）2和RE∶KGd（WO4）2激光晶体(RE为Yb3+、Ho3+、Er3+)及以Yb3+为敏化离子的双掺RE∶Yb∶KY（WO4）2和RE∶Yb∶KGd（WO4）2激光晶体(RE为Tm3+、Nd3+、Er3+)的生长和性能进行了研究。碱金属和稀土的复合钨酸盐已构成许多性能优良的激光材料和发光材料，这类化合物具有激活离子浓度高，荧光淬灭小，尤其适合制成激光二极管泵浦、低阈值的微小型激光器。钨酸钆钾KGd（WO4）2晶体（简写为KGW）、钨酸钇钾KY（WO4）2晶体（简写为KYW）低温相属单斜晶系，部分Gd、Y离子被镧系元素取代，成为一种极有前景的激光基质材料。稀土离子是激光晶体中使用最多的激活离子，其中Yb3+作为激光激活离子的研究发展迅猛。Yb3+在许多激光晶体基质都获得了激光输出，这些晶体在连续波、波长调谐、自调Q、自倍频、被动锁模等多种工作方式下分别表现出了优异的激光性能。同时Yb3+也是一种高效率的敏化离子，可以用作多种激光激活离子的泵浦能量吸收敏化剂，如Er3+、Ho3+、Pr3+、Tm3+、Nd3+、Cr4+等。采用熔盐法与提拉法相结合的方法—顶部籽晶提拉法（TSSG）和泡生法两种方法生长晶体。KGW、KYW在熔点以下存在固态相变，要获得用于固体激光器的β相晶体，需在相变温度以下生长。对比了K2WO4和K2W2O7两种助溶剂性能及生长条件，选择K2W2O7作助溶剂，设计了合理的温场、原料制备方法和工艺参数，生长出光学质量较好的Yb∶KYW、KYbW、Er∶KYbW、Er∶KGW、Ho∶KGW和Er∶Yb∶KYW、Er∶Yb∶KGW、Tm∶Yb∶KYW、Tm∶Yb∶KGW、Nd∶Yb∶KYW激光晶体。对晶体的主要缺陷（开裂和包裹物等）进行了分析，晶体缺陷是影响晶体质量的主要因素，缺陷的产生与生长条件和工艺关系密切，要尽量减少生长过程中的温度、浓度随生长速率的波动，保持晶体稳态生长，以便获得高质量晶体。经过晶体X射线粉末衍射分析并与标准卡片对比，验证了晶体结构。通过TG-DTA分析，确定了晶体的熔点及相转变温度。测试了晶体的红外及拉曼光谱，分析了晶体的振动模式，并将晶体振动光潜进行归属。测得了晶体的吸收和荧光光谱，计算了晶体的吸收和发射截面，并主要研究了Yb∶KYW、KYbW及Er∶Yb∶KYW、Er∶Yb∶KGW晶体的结构和性能。对Yb∶KYW晶体进行了XRD分析，结果表明所生长的晶体为低温相的Yb∶KYW晶体。计算其晶格常数：a=10.63（?），b=10.34（?），c=7.55（?），β=130.75°，Z=4或a′=8.07（?），b′=10.35（?），c′=7.55（?），β′=94.34°，Z=4。经TG-DTA分析，确定了晶体的熔点和相转变温度分别为1045℃和1010℃。测得晶体的红外和拉曼光谱，结果表明WO42-基团的振动吸收在200～1000nm范围内，并对振动光谱的峰值与对应的原子基团振动进行了指认。测得晶体不同厚度样品的吸收光谱，主峰981nm的吸收线宽（FWHM）达8.0nm以上，计算其峰值吸收截面为1.33×10-19cm2；样品的荧光光谱表明，在990nm，1010nm，1030nm附近都有较强的发射峰。主峰1030nm附近发射线宽（FWHM）达16nm，计算其受激发射截面积为3.1×10-20cm2，估算出荧光寿命为0.56ms，与实测值0.60ms吻合。室温下，用输出波长980nm的激光二极管为泵浦源，对尺寸为9.5×9.5×1.1mm3的Yb∶KYW样品在1023～1045nm输出范围内进行了连续激光实验，获得最大斜效率52％。对KYbW晶体进行XRD分析，表明所生长的晶体为低温相的KYbW晶体。计算出晶体的两种晶格常数分别为：a=10.61（?），b=10.29（?），c=7.49（?），β=130.65°；a′=8.07（?），b′=10.29（?），c′=7.49（?），β′=94.34°。经TG-DTA分析，确定了晶体的熔点和相转变温度分别为1058℃和1031℃。测得晶体的吸收光谱，结果表明其吸收带在920～1000nm，计算出主吸收峰981nm处的吸收截面为1.11×10-19cm2，如此大的吸收截面说明Yb3+的有效系数非常商。测得晶体的荧光光谱，结果表明KYbW在1007nm和1037nm附近都有较强的发射峰，主峰1037nm处的发射线宽（FWHM）达13nm，因此KYbW晶体可作为可调谐激光增益介质，计算出明KYbW在1007nm和1037nm附近都有较强的发射峰，主峰1037nm处的发射线宽（FWHM）达13nm，因此KYbW晶体可作为可调谐激光增益介质，计算出1037nm处的受激发射截面积为3.4×10-20cm2。对Er:Yb:KYW晶体进行XRD分析，表明所生长的晶体为β-Er:Yb:KYW。对晶体进行了TG-DTA分析，结果表明晶体的熔点和相转变温度分别为1067℃和1031℃。测得晶体的红外和拉曼光谱，并对峰值与相应的原子基团振动进行了指认。测得样品的吸收光谱，结果表明晶体在380nm、525nm、933nm和98nm处都存在较强的吸收峰，并计算出主峰981nm的吸收截面积为3.2×10-20cm2。分别用激发源为488nm和978nm对晶体进行了荧光光谱测试，并测得978nm激发时荧光寿命为4.8ms。对比分析表明在Er:KYW中掺入Yb3+作为敏化离子是可行的，能够提高对泵浦光的吸收，有利于得到更强的1540nm的激光。

全文目录


摘要  5-8
ABSTRACT  8-14
第1章 绪论  14-35
  1.1 激光晶体的特点及应用  14-22
    1.1.1 固体激光工作物质  14-17
    1.1.2 激光晶体的分类  17-19
    1.1.3 LD泵浦激光晶体  19-22
  1.2 激光晶体的国内外研究现状  22-32
    1.2.1 激光晶体的发展  22-24
    1.2.2 稀土在激光晶体中的应用  24-28
    1.2.3 掺镱离子激光晶体的发展  28-32
  1.3 论文的主要研究内容及意义  32-35
第2章 试剂与实验方法  35-55
  2.1 实验试剂  35
  2.2 晶体生长  35-54
    2.2.1 晶体生长  35-39
    2.2.2 助溶剂的选择  39-44
    2.2.3 晶体生长实验  44-54
  本章小结  54-55
第3章 晶体结构与性能测试方法  55-66
  3.1 晶体结构与振动光谱  55-60
    3.1.1 晶体缺陷  55-57
    3.1.2 晶体X射线粉末衍射分析  57-58
    3.1.3 TG-DTA分析  58-59
    3.1.4 振动光谱  59-60
  3.2 晶体的光学性能  60-65
    3.2.1 吸收光谱  60-62
    3.2.2 荧光光谱  62-64
    3.2.3 激光性能  64-65
  本章小结  65-66
第4章 RE:KY(WO_4)_2和RE:KGd(WO_4)_2激光晶体的结构与性能  66-105
  4.1 Yb:KYW晶体  67-84
    4.1.1 晶体生长  67-68
    4.1.2 晶体结构与性能研究  68-84
  4.2 KYbW和Er:KYbW晶体  84-96
    4.2.1 晶体生长  85-87
    4.2.2 晶体结构与性能研究  87-96
  4.3 Er:KGW和Ho:KGW晶体  96-103
    4.3.1 晶体生长  97-98
    4.3.2 晶体结构与性能研究  98-103
  本章小结  103-105
第5章 RE:Yb:KY(WO_4)_2和RE:Yb:KGd(WO_4)_2激光晶体的结构与性能  105-125
  5.1 Er:Yb:KGW和Er:Yb:KYW晶体  106-116
    5.1.1 晶体生长  107-109
    5.1.2.晶体结构与性能研究  109-116
  5.2 Tm:Yb:KGW和Tm:Yb:KYW晶体  116-120
    5.2.1 晶体生长  116-118
    5.2.2 晶体结构与性能研究  118-120
  5.3 Nd:Yb:KYW晶体  120-123
    5.3.1 晶体生长  120-122
    5.3.2 晶体结构与性能研究  122-123
  本章小结  123-125
结论  125-130
参考文献  130-138
致谢  138-139
攻读博士学位期间发表的学术论文  139-140

相似论文

  1. 掺Er~（3+），Yb~（3+）钨酸钾钇激光晶体的生长与性能研究,O782
  2. 提高DKDP普克尔盒电光调Q激光特性研究,TN248
  3. Yb:YAG微片激光性能的理论分析,TN248
  4. 镍铬共掺透明微晶玻璃光学特性的研究,TQ171.1
  5. 掺杂Yb~（3+）：Ca_3Ga_2Ge_3O_（12）晶体的生长和光谱特性的研究,O782
  6. 无序激光晶体Nd：CNGG和Nd：CLNGG的生长及性能研究,TN244
  7. 泡生法生长掺稀土（Pr~（3+），Eu~（3+））KY（WO_4）_2晶体及性能研究,O782
  8. 掺钕硅酸镓镧（Nd：LGS）晶体生长及其性质研究,O782
  9. Er_x：KYb_（1-x）（WO_4）_2激光晶体生长及光谱特性的研究,O782
  10. Yb：YAG激光晶体生长与激光性能研究,TN244
  11. Yb:KYW激光晶体生长与性能研究,TN244
  12. Nd：LuVO_4晶体性能及LD端面泵浦微片激光器的研究,TN248
  13. KYb_xY_（1-x）（WO_4）_2晶体生长、结构与光学性能,O734
  14. 掺镱钇铝石榴石晶体的生长、缺陷、光谱和激光性能研究,TN248
  15. Nd：KGW多波长激光晶体生长与性能研究,TN244
  16. RE：NaY（WO_4）_2激光晶体性能研究,TN244
  17. Yb：GdVO_4系列激光晶体的生长及其性能研究,TN244
  18. 几种具有白钨矿结构晶体的生长和性能研究,TB383.4
  19. Er：Yb：KYW激光晶体生长与性能研究,O734
  20. Nd：GGG热容激光晶体的生长,O782
  21. 双钨酸盐KRE_xYb_(1-x)（WO_4）_2激光晶体的研究,O734

中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光材料及工作物质
© 2012 www.xueweilunwen.com