温梯法(Yb0.05Y0.95)3Al5O12晶体光谱和荧光特性研究

测量了温梯法生长的Yb:YAG晶体的吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命,比较了氧化和还原气氛退火对其影响。晶体主吸收峰938 nm和967 nm处的吸收截面分别为0.74×10-20cm2和0.36×10-20cm2。通过光谱分析,没有发现Yb:YAG晶体中Yb2 离子的存在。发现晶体边缘位置处不同的紫外吸收。     

Yb:ZnWO4激光晶体的光谱特征

采用Czochralsk i法生长出光学质量较高的Yb:ZnWO4单晶,通过偏振吸收光谱、荧光光谱的测量计算出其吸收截面为3.0×10-20cm2、发射截面为2.0×10-20cm2和荧光寿命为1.15ms,并推导Yb3+的Stark分裂能级。实验表明,Yb:ZnWO4在近红外972nm处有强吸收峰,发射光谱是从914nm到1055nm的宽带,荧光寿命长,是一种新型LD抽运的可调谐激光晶体。     

高掺杂浓度Yb∶YAG晶体的生长及光谱性能

应用中频感应提拉法生长了掺杂浓度高达 5 0at. %的Yb∶YAG晶体 ,研究了室温下Yb∶YAG晶体的吸收和发射光谱特性以及荧光寿命 ,在 939nm和 96 9nm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 ,适合激光管二极抽运。其荧光主峰位于 10 32nm附近 ,Yb∶YAG晶体的荧光寿命为 390 μs。比较了高掺杂与低掺杂Yb∶YAG晶体的光谱参数 ,指出高掺杂Yb∶YAG晶体是一种很有前景的高功率激光增益介质     

Yb∶ZnWO_4激光晶体的光谱特征

采用Czochralsk i法生长出光学质量较高的Yb∶ZnWO4单晶,通过偏振吸收光谱、荧光光谱的测量计算出其吸收截面为3.0×10-20cm2、发射截面为2.0×10-20cm2和荧光寿命为1.15m s,并推导Yb3 的Stark分裂能级。实验表明,Yb∶ZnWO4在近红外972nm处有强吸收峰,发射光谱是从914nm到1055nm的宽带,荧光寿命长,是一种新型LD抽运的可调谐激光晶体。     

高掺杂浓度Yb：YAG晶体的生长及光谱性能

应用中频感应提拉法生长了掺杂浓度高达50at．-％的Yb：YAG晶体，研究了室温下Yb：YAG晶体的吸收和发射光谱特性以及荧光寿命，在939nm和969nm处存在Yb^3 离子的2个吸收带，能与InGaAs激光二极管(LD)有效耦合，适合激光管二极抽运。其荧光主峰位于1032nm附近，Yb：YAG晶体的荧光寿命为390μs。比较了高掺杂与低掺杂Yb：YAG晶体的光谱参数，指出高掺杂Yb：YAG晶体是一种很有前景的高功率激光增益介质。     

自调Q激光晶体Cr4+,Yb3+∶YAG光谱及其激光特性研究

报道了自调Q激光晶体Cr,Yb∶YAG的生长及其在室温的吸收和荧光光谱特性,用钛宝石激光器作为抽运源,获得了1.03 μm、脉宽为400ns、平均输出功率为75 mW的自调Q激光.在Cr,Yb∶YAG晶体的室温吸收光谱中存在着五个吸收带:在440 nm 和605 nm 存在着Cr3+离子的两个吸收带,而且退火使其发生了明显的"红移";在937 nm 和968 nm处存在着Yb3+离子的两个吸收带,能与InGaAs 激光二极管(LD)有效耦合,适合激光二极管抽运;而且在1.03 μm处有一Cr4+离子吸收峰,可用作可饱和吸收体.Cr,Yb∶YAG晶体的荧光光谱与Yb∶YAG晶体一样,发光中心也是位于1029 nm,但其强度比Yb∶YAG晶体的要低4倍.Cr,Yb∶YAG晶体和Yb∶YAG晶体的荧光寿命分别为0.3 ms和1.4 ms.造成Cr,Yb∶YAG晶体发光强度比Yb∶YAG晶体低的原因可能是由于存在Cr4+和Cr3+离子的吸收使得Yb离子发生浓度淬灭,但如果用高功率的二极管来抽运,使得Yb离子能发生粒子反转,可以实现Cr4+对Yb3+的自调Q激光输出.在室温下用钛宝石激光器抽运Cr,Yb∶YAG晶体获得自调Q激光输出也证明了双掺Cr和Yb的YAG晶体是一种新型的自调Q激光晶体,进一步可以实现固体激光器的小型化、全固化、集成化.(OH3)     

Nd3 :Gd3Ga5O12激光晶体的吸收与发光

测量了用提拉(CZ)法生长的Nd3+Gd3Ga5O12(NdGGG)激光晶体室温时的吸收光谱,其中在806 nm处的吸收系数最大(α＝5.12 cm-1),吸收截面为4.03×10-20 cm2.用806 nm激发分别得到室温和10 K时的荧光光谱和荧光寿命,其中在1.06 μm附近晶体的荧光发射强度最强,2种温度时的峰值发射截面分别为1.7×10-19 cm2和1.9×10-19 cm2.0.6 at%和1.0 at%2种Nd3+掺杂浓度的晶体,室温时的荧光寿命分别为251 μs和240 μs,10 K温度时分别为253 μs和241 μs.与NdYAG晶体的荧光寿命、浓度猝灭效应和发射截面进行了比较,对结果进行了分析与讨论.     

Yb掺杂原子数分数为0.5%的Yb∶Y_3Al_5O_(12)晶体的光谱分析

采用提拉法生长了Yb掺杂原子数分数为0.5%的Yb∶Y3Al5O12(Yb∶YAG)晶体,对晶体的吸收光谱和荧光光谱进行了分析。与Yb掺杂原子数分数为5%的Yb∶YAG晶体进行了对比,得出采用940 nm激光二极管(LD)抽运晶体最为合适。原子数分数为0.5%的Yb∶YAG晶体相对于原子数分数为5%的Yb∶YAG晶体自吸收效应的影响要小。测量了原子数分数为0.5%的Yb∶YAG晶体的荧光寿命为0.95 ms,与理论值很接近。因此采用原子数分数为0.5%的Yb∶YAG晶体作为激光工作物质将有利于高效、小型集成化的固体激光器的发展。     

Ho^3＋，Yb^3＋：YAl3（BO3）4晶体的光谱特征

采用助熔剂法生长了Ho3+,Yb3+共掺的Ho3+,Yb3+:YAl3(BO3)4(Ho,Yb:YAB)晶体,测量了晶体的室温吸收谱,进而根据Judd-Ofelt(J-O)理论计算了Ho3+在Ho,Yb:YAB晶体中的强度参数、自发辐射几率和积分发射截面等参数,得到强度参数为Ω2=1.50639×10-18cm2、Ω4=4.86489×10-19cm2和Ω6=1.40248×10-19cm2。研究了晶体的荧光特性,并在976 nm激光泵浦下得到了上转换绿色荧光。     

掺镱硼酸盐和磷酸盐激光玻璃的研究

制备了掺Yb∶硼酸盐和Yb∶磷酸盐玻璃 ,并研究了它们的玻璃物理性质和光谱性质。掺Yb∶磷酸盐玻璃的热机械性质优于掺Yb∶硼酸盐玻璃。掺Yb∶硼酸盐玻璃的受激发射截面和荧光寿命分别为 0 5 3× 10 -2 0 cm2 和 0 85ms。掺Yb∶磷酸盐玻璃的受激发射截面和荧光寿命分别为 0 4 5× 10 -2 0 cm2 和 1 8ms。作为激光材料 ,掺Yb∶磷酸盐玻璃的综合性能优于掺Yb∶硼酸盐玻璃。用钛宝石激光器抽运Yb∶硼酸盐玻璃实现 8mW准连续激光输出。用波长为 976nm ,6W的LD抽运Yb∶磷酸盐玻璃获得了 6 2mW的连续激光输出 ,其斜率效率为 4 4 %。     

钛宝石激光器抽运Cr~(4 ),Yb~(3 ):YAG晶体薄片获得1.03um自调Q激光输出

我们最近进行了用钛宝石激光器抽运 Cr,Yb:YAG晶体的实验 ,获得了 1.0 3μm自调 Q激光输出。实验所用的 Cr,Yb:YAG晶体是本课题组用提拉法生长的 ,Cr和 Yb的浓度分别为 0 .5 at.- %和 10 at.- %。用 Ar 离子激光器抽运的钛宝石激光器作为抽运源 ,抽运光波长为940 nm,功率为 1W左右。激光腔设计成折叠腔 ,抽运光经过一个焦距为 75 mm的透镜和腔镜后 ,聚焦在 10 mm× 10 mm× 1mm的 Cr,Yb:YAG晶体薄片上。晶体薄片固定在热沉板上 ,热沉板通恒温循环水冷却。腔镜的一面镀 940 nm增透膜 ,另一面镀 940 nm增透膜和 1.0 3μm高反膜。晶体…     

LD边抽运Yb:YAG激光器性能的数值计算

以准三能级固体激光理论为基础,用数值方法研究了LD边抽运Yb:YAG板条激光器的激光输出特性、温度效应、光学畸变和摩尔分数优化等性能.计算表明,Yb:YAG可实现100kW的激光输出,板条的尺寸在130mm×60mm×3mm左右,Yb3+的摩尔分数小于1%.从晶体的生长的角度看,生长出满足130mm×60mm×3mm晶体元件加工需求的Yb:YAG晶体是可行的.所以,Yb:YAG是未来激光战术武器中的候选材料.     

泡生法生长Ho3+,Yb3+双掺KGd(WO4)2晶体及其光谱性能

钨酸钆钾(KGd(WO4)2,简称KGW)是一种新型的激光基质材料。以Yb3 作为Ho3 的敏化剂,采用泡生法生长出了单斜晶系的Ho∶Yb∶KGW晶体。通过X射线衍射仪(XRD)分析确认所生长的晶体为-βHo∶Yb∶KGW。热重与差热分析(TG-DTA)测试结果表明,晶体的熔点为1072.31℃,相变温度为1043.09℃。测试了晶体的吸收光谱,对吸收峰值归属进行了确认,计算了相应的光谱参数。Yb3 在981 nm处吸收峰较强,半峰全宽(FWHM)为14 nm。从荧光光谱可以看出,在1022 nm附近,Yb3 发射主峰的半峰全宽达16 nm,对应的是Yb3 的2F5/2和2F7/2的能级之间的跃迁;Ho3 在1985 nm处的荧光发射峰半峰全宽为45 nm左右,发射截面积为1.79×10-20cm2。     

Yb掺杂原子数分数为0.5%的Yb:Y3Al5O12晶体的光谱分析

采用提拉法生长了Yb掺杂原子数分数为0．5％的Yb：Y3Al5O12。（Yb2YAG）晶体，对晶体的吸收光谱和荧光光谱进行了分析。与Yb掺杂原子数分数为5％的Yb：YAG晶体进行了对比，得出采用940nm激光二极管（LD）抽运晶体最为合适。原子数分数为0．5％的Yb：YAG晶体相对于原子数分数为5％的Yb：YAG晶体白吸收效应的影响要小。测量了原子数分数为0．5％的Yb：YAG晶体的荧光寿命为0．95ms，与理论值很接近。因此采用原子数分数为0．5%的Yb：YAG晶体作为激光工作物质将有利于高效、小型集成化的固体激光器的发展。     

Yb∶YAG晶体荧光性能的调控研究

为了对Yb∶YAG晶体荧光性能进行调控以使其更好地应用于高能脉冲型激光器,结合密度泛函理论和晶体场理论,对掺杂调控后的Yb∶YAG晶体的电子结构、光谱学性质进行了理论计算,分析了不同粒子掺杂和占据格位情况下Yb∶YAG晶体的荧光性能,并在此基础上计算配方完成晶体生长实验、制备样品进行荧光性能测试验证。结果表明,通过以上过程掌握了Yb∶YAG晶体荧光寿命等参数的调控方法,共掺Cr后的Yb∶YAG荧光寿命可以从1.18 ms降低至0.94 ms。该研究为Yb∶YAG晶体实现高能脉冲激光应用奠定了理论和实验基础。     

NaY（WO4）2：Yb^3＋,Er^3＋晶体的光学性质

用Czochralski方法生长了yb3+ ,Er3+共掺的NaY (WO4)2晶体.测量了晶体在室温下的吸收谱,用Judd-Ofelt理论计算了NaY (WO4)2 :Er3+ ,Yb3+晶体中Er3+的3个唯象强度参量Ω2=18.10×10-20、Ω4=2.59×10-20、Ω6=1.21×10-20和辐射跃迁特征参量.研究了晶体的荧光特性,并在974 nm的LD泵浦下得到上转换绿色荧光.分析了晶体中Yb3+向Er3+传递能量的机制.     

高功率固体激光晶体Nd3+:Gd3Ga5O12的生长和光谱性能的研究

用提拉法生长了掺钕的钆镓石榴石(Nd3+:GGG)激光晶体,晶体的干涉条纹证明它有良好的光学均匀性,晶体(444)面的双晶摇摆曲线表明晶体的质量非常好。研究了室温下的吸收谱和发射谱性质。分析了Nd3+:GGG晶体4F3/2→4I11/2能级跃迁与1.06μm附近的荧光谱线之间的关系。Nd3+:GGG激光晶体的吸收截面、发射截面、荧光寿命分别为4.32×10-20cm2,2.3×10-1cm2,240μs。比较了Nd3+:GGG和Nd3+:YAG的物理参数,实验表明Nd3+:GGG较Nd3+:YAG有一系列的优点。     

104 W全固态532 nm Nd∶YAG激光器

我们采用单Nd∶YAG棒平凹谐振腔设计及临界相位匹配的KTP晶体 ,利用内腔倍频技术获得了平均功率为 10 4W的绿光输出。实验装置如图 1。实验采用美国CEO公司生产的半导体激光器组件 ,它由 80个 2 0W二极管激光器组成 ,按照五角形等间距侧面抽运Nd∶YAG棒 ,其总抽运功率为 16 0 0W ,激光介质的尺寸为 6 36mm× 146mm ,侧面打毛 ,两端磨成平面 ,镀 10 6 4nm增透膜。倍频晶体采用Ⅱ类相位匹配的KTP晶体 ( =2 3 6° ;θ=90°) ,其尺寸为 7mm× 7mm× 8mm ,两面镀 10 6 4nm和 5 32nm增透膜 ;考虑到高功率下激光介质Nd∶YAG棒的热致…     

复合Nd∶YAG晶体大功率1064 nm固体激光器研究

报道了采用Comsol多物理场仿真软件模拟计算三种结构Nd∶YAG晶体的温度场分布,并通过实验,对比分析复合晶体与均匀掺杂Nd∶YAG晶体的输出功率和转化效率。模拟结果表明,当泵浦功率为18 W时,尺寸为3 mm×3 mm×10 mm、3 mm×3 mm×16 mm、3 mm×3 mm×20 mm的三种晶体的最高温度分别为97.12 ℃、89.08 ℃和88.01 ℃,复合晶体在降低晶体工作温度,减小热效应方面优势明显。采用相同的工作条件,当泵浦功率为18 W时,均匀掺杂Nd∶YAG晶体1064 nm激光最大输出功率为6 W,16 mm长的复合晶体的输出功率为9.3 W,且未出现饱和现象,光斑质量优于均匀掺杂晶体情况。理论和实验结果表明,复合晶体在降低热效应,提高光斑质量方面具有更高的实用性。     

Tm∶YAP激光晶体光谱参数的计算

采用丘克劳斯基(Czochralski)法生长了Tm∶YAP晶体,研究了该晶体在室温下的吸收光谱和荧光光谱。结果表明,Tm∶YAP晶体在689.5 nm和795 nm左右有较强的吸收峰,分别对应于3H6→3F3和3H6→3H4的能级跃迁,半峰全宽(FWHM)分别为22.5 nm和30 nm,吸收截面分别为1.89×10-20cm2和1.35×10-20cm2。荧光光谱表明Tm∶YAP晶体发射波长为1.89μm,相应的荧光寿命为13.90 ms,发射截面为1.58×10-19cm2。根据乍得-奥菲特(Judd-Ofelt)理论计算了Tm3 在Tm∶YAP晶体中的强度参数:Ω2=1.4560×10-20cm2,Ω4=2.0673×10-20cm2,Ω6=0.3181×10-20cm2。结果表明,Tm∶YAP晶体具有宽的吸收峰、长荧光寿命和较大的积分发射截面的性质,非常适合于激光二极管(LD)抽运,有利于获得低阈值高效率的2μm波段激光输出。