Fe2+∶ZnSe晶体制备及光学吸收

本文采用热扩散掺杂技术制备了Fe2+∶ZnSe晶体,获得尺寸达φ20 mm×2.0mm的晶体样品.光谱测试分析结果显示,晶体样品在3.0 μm附近具有显著的Fe2+∶ZnSe晶体的特征吸收,相对吸收强度达85;;通过ICP-AES测试该晶体样品中铁离子为4.5 ×1017 cm-3;分析了影响掺杂铁离子浓度的主要因素.     

过渡金属离子掺杂Ⅱ-Ⅵ族中红外激光陶瓷研究进展

2~5 μm中红外激光在民用和军事领域的应用十分广泛。直接泵浦中红外激光增益介质材料是产生中红外激光的主要方式之一,二价过渡金属离子Cr²⁺或Fe²⁺掺杂的ZnS或ZnSe (TM²⁺∶Ⅱ-Ⅵ)材料以其独特的光谱特性成为目前最具发展前景的中红外激光增益材料之一。本文首先归纳了TM²⁺∶Ⅱ-Ⅵ材料的主要制备技术路线,然后重点介绍了采用激光陶瓷技术制备TM²⁺∶Ⅱ-Ⅵ材料的研究进展,最后对TM²⁺∶Ⅱ-Ⅵ陶瓷的原料制备与烧结技术的优化进行了展望。希望以此促进TM²⁺∶Ⅱ-Ⅵ激光陶瓷材料的发展,为获得高性能的TM²⁺∶Ⅱ-Ⅵ中红外激光器奠定关键材料基础。     

Cr2+∶ZnSe中红外激光晶体生长及光谱性能

采用物理气相输运法( PVT),以Cr2+∶ ZnSe多晶为原料,在源区温度约为1000℃、温差为6～7℃条件下生长2周,获得了体积约为0.7 cm3的Cr2+∶ZnSe晶体.紫外-可见-近红外透过光谱显示,Cr2+∶ZnSe样品在1770nm左右出现了强吸收;Cr2+浓度在1019 atoms/cm3数量级,与原料中Cr2+浓度基本一致,反映了较低温度PVT法生长有利于获得预期的Cr2+掺杂浓度.荧光测试结果表明,Cr2+∶ZnSe样品谱线对称性好,发射峰位约在2400 nm,线宽约600 nm;室温荧光寿命为5.52×10-6s.数据分析结果表明,Cr2+∶ZnSe样品的吸收截面和发射截面峰值分别为1.1×10-18cm2和2.3×10-18 cm2.     

Yb,Ho:GdScO3晶体生长及光谱性能分析

采用提拉法生长出了尺寸为?30 mm×50 mm的Yb, Ho∶GdScO₃晶体。通过X射线衍射得到了晶体的粉末衍射数据,使用GSAS软件进行了全谱拟合,得到了晶体的结构参数。测试了晶体的拉曼光谱,在100～700 cm^-1观察到18个拉曼振动峰。对Yb, Ho∶GdScO₃晶体的光谱特性进行了表征,并计算了Yb³⁺的吸收截面,其在940、975 nm处的吸收截面分别为0.31×10^-20、0.42×10^-20 cm²。采用Judd-Ofelt理论计算了Ho³⁺的跃迁强度参量Ω_t,Ω₄/Ω₆值为2.04,并计算了辐射跃迁概率、能级寿命及荧光分支比等光谱参数。结果表明,Yb, Ho∶GdScO₃晶体的发光性能良好,是一种有前景的2～3μm激光晶体候选材料。     

多孔坩埚温度梯度法生长Ho,Y∶CaF2晶体及其光谱性能

采用自主设计改造的温梯炉,成功生长了不同浓度Ho³⁺、Y³⁺掺杂的CaF₂及Sr_xCa_1-xF₂晶体,晶体尺寸约为ϕ15 mm×55 mm,生长周期约为6 d,能够实现7种不同浓度晶体的同步生长,并选取其中的4%(原子数分数)Ho,4%Y∶CaF₂晶体进行分析,吸收测试表明,该晶体448 nm和643 nm处吸收峰的吸收截面分别是1.13×10^-20 cm²和0.84×10^-20 cm², J-O理论分析得到了晶场强度参数Ω_t(t=2、4、6)、辐射跃迁几率、荧光分支比和辐射寿命。在448 nm氙灯激发下,经计算得到该晶体在546 nm、650 nm 和752 nm处的发射截面分别为10.450×10^-21 cm²、8.737×10^-21 cm²和5.965×10^-21 cm²,测得⁵F₄和⁵F₅能级的寿命分别为33.5 μs和17.7 μs。在640 nm LD泵浦激发下,经计算得到该晶体2 031 nm处发射截面为5.375×10^-21 cm²,2 847 nm处发射截面为10.356×10^-21 cm²,测得⁵I₇和⁵I₆ 能级的寿命分别为4.37 ms 和1.85 ms。以上结果表明,多孔坩埚温梯法能够大大提高激光晶体稀土离子掺杂浓度筛选的效率,加快新型激光晶体材料的研发速度。     

Nd∶YAG透明陶瓷制备与激光性能

采用化学沉淀法分步制备了分散性好、团聚少的纳米Y2O3、Nd2O3和Al2O3粉体,经球磨混合和喷雾干燥后,获得了颗粒形貌为球形、粒径在20 ～ 40 μm间的混合陶瓷粉体.粉体经成型后,采用真空烧结工艺制备出了直径为75 mm、厚度5 mm的高透明Nd∶ YAG陶瓷,其在1064 nm和400 nm处的透过率均高于80;,接近于Nd∶ YAG单晶的理论透过率.应力和干涉条纹测试结果表明,所制备的Nd∶ YAG透明陶瓷应力分布均匀,干涉条纹平直,具有良好的光学均匀性.FESEM和XRD测试结果表明,陶瓷的晶粒尺寸在10 ～ 20 μm之间,晶界干净,没有残留气孔和杂质相.对从Nd∶ YAG陶瓷圆片上选切出的3 mm×3mm×5 mm和3mm×3 mm×10mm的Nd∶ YAG激光陶瓷元件进行激光性能测试,实现了连续瓦级激光输出,在泵浦注入功率为18.6 W时,分别获得了7.78W和7.75 W激光输出,光光转换效率分别为41.8;和41.7;.     

ZnSe和Cr∶ ZnSe单晶的温梯法制备及光学性能研究

采用温度梯度法(TGT)生长了直径为32 mm大尺寸ZnSe晶体.对生长出的ZnSe单晶进行了光学性能分析.采用磁控溅射方法在ZnSe晶体上镀铬膜,通过热扩散方法成功制备出中红外Cr∶ ZnSe激光晶体,并研究了Cr∶ZnSe晶体的光谱性能.吸收光谱测试观察到了Cr2+(3d4)取代四面体配位Zn2的5T2→5E能级的跃迁在1800nm的吸收带.77 K低温的光致发光光谱表明Cr∶ ZnSe晶体具有中心波长位于2.2 μm的宽谱带发射特征.     

钆镱共掺杂铝酸钇晶体的生长及性能研究

采用单晶提拉法成功生长出优质的Gd³⁺/Yb³⁺共掺铝酸钇晶体。对晶体的结构、分凝系数、光谱和激光性能进行了表征,结果表明:所生长的晶体空间群为Pnma,属于正交晶系,Yb³⁺的分凝系数为1.13。从偏振吸收和荧光光谱发现,b偏振方向时,晶体在980 nm处吸收截面为2.14×10^-20 cm²,适用于InGaAs 激光二极管泵浦;在1 044 nm处的发射截面为0.39×10^-20 cm²,荧光寿命为1.638 ms。此外,对b切向的Gd/Yb∶YAP晶体进行激光实验,在1 μm处实现连续激光输出,斜率效率为23.5%,最大输出功率可达0.51 W。     

高质量CdSe单晶生长及其OPO性能研究

本文利用有籽晶的HPVGF法生长了尺寸为φb54 mm× 25 mm的高质量CdSe单晶,晶体为纤锌矿结构,(002)和(110)面的XRD摇摆曲线半高宽分别为54.4"和45.6".使用红外显微镜和扫描电镜-能谱分析仪对晶体内部的夹杂相进行测试,表明晶体内部存在小尺寸富Se夹杂相.CdSe晶片在2.5～20 μm范围内的透过率高于68;,平均吸收系数为0.037 cm-1.制备出尺寸为10mm×12 mm×50mm且满足第Ⅱ类相位匹配条件的CdSe晶柱,在重频1 kHz,波长2.09 μm的Ho∶ YAG调Q泵浦源激励下,实现了中心波长为11.47 μm,线宽为33.2 nm的激光输出,最大输出功率为389 mW.     

新型红外非线性光学晶体SrCdGeSe4生长与性质表征

锶镉锗硒(SrCdGeSe4)晶体是近期被发现的一种性能优异的新型红外非线性光学材料.本研究采用自制的双温区管式炉成功合成出SrCdGeSe4多晶,单次合成量达到300 g;采用坩埚下降法首次生长出SrCdGeSe4单晶,尺寸为φ27 mm×80 mm;通过定向、切割和抛光等程序,得到几个不同尺寸的定向SrCdGeSe4晶片,选取一片8×8 ×2 mm3双面抛光(110)晶片测试了摇摆曲线、红外透过光谱和激光损伤阈值.结果 显示:(220)摇摆曲线半峰宽为44.8",该晶体的短波透过截止边为596 nm,且在1～ 14 μm波长范围内透过率超过68;;另外,晶体在Nd∶ YAG脉冲激光,脉宽5 ns,重复频率1 Hz,光斑直径0.15 mm测试条件下,激光损伤阈值为530 MW/cm2.     

高质量Yb3+∶CS-FAP激光晶体的生长

本文进行了Yb3+∶FAP与Yb3+∶YAG的对比分析,指出了在激光核聚变领域中Yb3+∶FAP是很有希望的增益介质,针对Yb3+∶FAP吸收光谱宽度很小(4nm)对泵浦源要求苛刻,采用Yb3+∶CS-FAP即以部分Sr2+代替Ca2+造成Yb3+周围环境多样性增加、增加谱宽.参考分析了Ca3(PO4)2-CaF2体系的相图,推测出生长CS-FAP晶体的配料区间,给出了生长晶体的原料制备方法,采用氮气流动、白宝石片封闭保温罩的观察孔和观察窗上贴石英片相结合有效地缓解了在晶体生长过程中组分挥发、开裂、以及氟化物腐蚀窗口等一系列问题.生长工艺参数为:提拉速度1～3mm/h,旋转速度10～20r/min,在流量为20ml/min的流动N2中生长,采用尺寸为60×40mm的Ir坩埚进行生长,线圈尺寸为内径130mm×130mm×8圈,外径155mm×95mm×6圈.得到了尺寸为10mm×20mm的高质量晶体.用X射线粉末衍射分析证明所生长的晶体结构正确.     

掺Er3+晶体近3 μm中红外激光研究进展

Er³⁺近3μm激光是高精度激光手术的理想光源,此外其本身可作为中远红外激光系统的泵浦源,对长波激光的发展具有重要价值.研究表明,Er离子间的合作上转换能够抑制激光下能级寿命过长引起的粒子阻塞,显著提高激光效率.据此提出的“高浓度掺杂”方案造成了增益晶体严重的热效应,限制了激光功率提升.本文简要总结了关于掺Er³⁺晶体激光自终止和合作上转换的研究成果,介绍了目前实现高功率近3μm激光的实验方案及其研究进展,对高功率Er³⁺近3 μm激光的发展进行了展望.     

坩埚下降法生长的大尺寸BaF2∶Y闪烁晶体的闪烁性能及辐照损伤研究

本文使用垂直坩埚下降法制备了40 mm×40 mm×350 mm的BaF₂∶5%Y(摩尔分数)晶体，并对晶体样品进行了掺杂含量、闪烁性能、光学性能和辐照损伤的研究。距离籽晶端0～300 mm范围内的Y³⁺掺杂浓度(摩尔分数)为5.1%±0.9%。晶体样品的平均光输出为2 100 ph/MeV,在662 keV处的最优能量分辨率为10.1%。经⁶⁰Co放射源辐照累积剂量1 Mrad后，样品在波长220 nm处的透过率由辐照前的87.3%下降至83.5%,在波长300 nm处的透过率由91.8%下降至89.9%。BaF₂∶Y晶体的抗辐照性能差于BaF₂晶体，经过累积剂量辐照后，BaF₂∶Y晶体对波长300 nm光的吸收明显增强。     

2.7～3 μm稀土激光晶体研究进展

本文介绍了以稀土Er3+和Ho3+为激活离子,YAG,YAP,YLF,YSGG,GSGG为基质的2～7～3μm激光晶体的特点和应用背景,展示了其中一些晶体的吸收和荧光光谱,讨论了这些晶体的能级结构、光谱和激光特性及器件研究进展,并认为提高效率和激光输出功率以及获得新的特征波长是今后2～7～3 μm激光晶体的主要发展方向.     

Nd3+∶Gd0.2Y0.8Al3(BO3)4激光晶体的研究

测定了Nd3+∶Gd 0.2Y0.8Al3(BO3)4-K2MO3O10-B2O3生长体系的生长温度曲线,生长出尺寸达32mm的Nd3+∶Gd0.2Y0.8Al3(BO3)4激光晶体,并从中切割出尺寸为4mm×5mm×6mm的优质激光器件,采用钛宝石模拟LD泵浦,在1.06μm处得到48mW的激光输出,激光阈值17mW,光-光转换效率为20%.     

钬铥双掺氟化钇钡激光晶体的光谱性能

采用提拉法生长了钬铥双掺氟化钇钡(Ho3+∶Tm3+∶BaY2F8,Ho∶Tm:BYF)激光晶体。工艺参数:引晶温度955℃,拉速0.5 mm/h,转速5 rad/min,降温速率15℃/h。XRD分析结果表明,所生长的晶体为属于单斜晶系,C2/m空间群,并计算了晶格常数。光谱测试结果表明,最强吸收峰位于781 nm,主峰吸收截面为6.16×10-21cm2。最强发射峰位于2.06μm,半高宽约为38 nm。基于Tm3+和Ho3+能级图分析了2μm荧光发射机理,计算了主发射峰受激发射截面为4.05×10-21cm2。     

Nd3+:LiLa(MoO4)2晶体生长、光谱和激光特性

本论文报道了Nd3+:LiLa(MoO4)2晶体生长、光谱和激光特性.采用提拉法生长出尺寸为φ20×34mm3的Nd+3+:LiLa(MoO4)2晶体.应用Judd-Ofelt理论计算了Nd3+离子在Nd3+:LiLa(MoO4)2晶体中唯象强度、自发发射跃迁几率、荧光分支比、辐射跃迁寿命和荧光量子效率.Nd3+:LiLa(MoO4)2晶体的偏振吸收跃迁截面分别为9.52×10-20cm2(π-偏振)和4.46×10-20cm2(σ-偏振).它的偏振发射跃迁截面分别为0.67×10-19cm2(σ-偏振)和1.02×10-19cm2(σ-偏振).在氙灯泵浦下,获得74.4mJ的1.06μm的激光输出,激光阈值为0.676J,激光总效率和斜率效率分别为0.39;和0.48;.     

CLBO单晶生长及性能研究

CsLiB₆O₁₀(简称CLBO)是一种性能优良的紫外非线性光学晶体,特别适用于四倍频(266 nm)和五倍频(210 nm)的紫外大功率激光。本文采用顶部籽晶法成功生长出尺寸为120 mm×112 mm×62 mm的CLBO晶体,晶体外观完整,无开裂、散射等宏观缺陷。由该晶体切出五倍频CLBO晶体元件,对其进行了紫外-可见-近红外透过率、光学均匀性、弱吸收性能表征,结果显示,210～1 800 nm的平均透过率超过90%,光学均匀性为3.8×10^-5,1 064 nm弱吸收为90×10^-6 cm^-1,表明该晶体紫外区透过率良好,光学均匀性高,弱吸收低,为后续相关激光应用研究奠定了基础。     

Nd∶GdVO4热常数的测量和激光性能研究

中频感应加热提拉法生长了低钕掺杂的GdVO4晶体,用机械分析仪来测量Nd∶GdVO4晶体的热膨胀系数, 沿c方向的热膨胀系数为7.42×10-6/K,而沿a方向的热膨胀系数只有1.05×10-6/K,比同比Nd0.0054Y0.9946VO4晶体样品测量结果小.差示扫描热计法测量了Nd∶GdVO4晶体的比热, 298K时为0.52J/g*K.首次用激光脉冲法测量了Nd∶GdVO4晶体的室温热导率.实验表明,Nd∶GdVO4晶体沿<001>方向的热导率数值达11.4W/m*K, 比Nd∶YAG晶体高(测得10.7W/m*K),其<100>方向的热导率为10.1W/m*K.激光实验显示在较高功率泵浦激光输出上Nd∶GdVO4晶体具有比Nd∶YVO4晶体更加优良的性能.     

ZnGeP2晶体的合成与生长

采用双温区法合成ZnGeP2多晶料;采用布里奇曼法生长ZnGeP2单晶,晶体尺寸为22×90 mm2.晶体透光范围0.7～12.0 μm,平均透过率达到56;;OPO光参量震荡器件尺寸6×6×15 mm3,采用2 μm的泵浦光,产生4 W以上的3.8～4.5 μm激光输出.