激光加热基座法单晶光纤生长技术

单晶光纤是指具有光学纤维形态的单晶体,其同时保持了玻璃光纤的形态优势以及体块单晶优异的物理和化学性能,为高功率激光应用中替代传统玻璃光纤提供了一种思路。随着单晶光纤在材料种类及应用方向的不断拓展,单晶光纤在辐射探测、高温传感等领域也具有潜在的应用前景。本文在介绍单晶光纤应用背景的基础上,对国内外激光加热基座法单晶光纤生长技术进行了总结,详细讨论了单晶光纤生长过程中存在的问题及其改进方案,最后对单晶光纤未来的发展方向进行了展望。     

用LHPG法生长晶体光纤的环形聚焦激光加热系统研究

报道了一种用于晶体光纤生长的新一代ＬＨＰＧ生长系统——环形聚焦激光加热生长系统，分析了该系统的基本特性、结构及其应用前景。     

LHPG法单晶光纤生长中的熔区控制技术

采用激光加热基座生长法（LHPG）生长单晶光纤,研究晶体源棒的熔球大小、籽晶点入深度与熔区长度、生长速度、生长质量的关系及控制技术,得到了生长优质单晶光纤过程中的各控制参数最佳值。     

LHPG法单晶光纤生长中的熔区控制技术

采用激光加热基座生长法 (LHPG)生长单晶光纤 ,研究晶体源棒的熔球大小、籽晶点入深度与熔区长度、生长速度、生长质量的关系及控制技术 ,得到了生长优质单晶光纤过程中的各控制参数最佳值     

(Mg0.95Ca0.05)TiO3晶体的激光加热基座法生长及其性质测定

采用激光加热基座法(LHPG)生长出了共晶系(Mg0.95Ca0.05)TiO3。晶体。通过粉末X射线衍射分析了所生长晶体的晶相，采用扫描电镜和显微拉曼光谱技术研究了所生长晶体的微观结构。(Mg0.95Ca0.05)TiO3晶体由CaTiO2和Mg-TiO2两种晶体复合而成。介电测量结果表明：(Mg0.95Ca0.05)TiO3晶体沿生长方向具有较大的介电常数和较小的共振频率温度系数。     

激光区熔定向凝固Al2O3/Y3Al5O12 (YAG)共晶的组织与断裂韧性

采用激光区熔高温度梯度快速定向凝固技术从熔体中直接制备Al2O3/Y3Al5O12(YAG)共晶自生复合陶瓷,以研究其在超高温度梯度(1.0×106 K/m)下的快速凝固组织特征及与激光工艺参数的关系,并对其力学性质进行分析.研究结果表明:凝固组织强烈地受激光扫描速度与功率密度的影响,当二者匹配时,Al2O3相和Y3Al5O12(YAG)相呈现均匀一致,连续分布的层状耦合共晶结构,共晶间距细小(1～2 μm),且随扫描速度的增大逐渐减小;所制备的Al2O3/Y3Al5O12(YAG)共晶陶瓷硬度高达19.5 GPa,断裂韧性达到3.6 MPa·m1/2.     

激光加热基座法生长高质量Yb~(3+)掺杂Y_3A_(l5)O_(12)单晶光纤（英文）

单晶光纤即具有光纤形态的单晶材料,是功能晶体材料一维化发展的重要体现。单晶光纤兼具单晶材料优异的光学性能和激光光纤散热效率高、光束质量高等特点,有望解决传统玻璃材质激光光纤非线性效应强、热导率低等瓶颈问题,实现激光峰值功率、脉冲能量等性能的突破。本工作采用自主研制的激光加热基座(Laser-heated Pedestal Growth,LHPG)单晶光纤炉制备了两组Ф0.2 mm×710 mm的Yb~(3+)掺杂Y_3Al_5O_(12)(Yb:YAG)单晶光纤,并对其进行了表征。制备的单晶光纤长径比大于3500,直径波动小于5%,且表现出一定的柔韧性;X射线摇摆曲线测试结果显示Yb:YAG单晶光纤的结晶质量与所用源棒相比有所提升;EDS线扫描结果证明单晶光纤中的Yb~(3+)沿轴向呈现均匀分布。实验结果表明:准一维化的单晶光纤具有良好的结晶质量与光学均匀性,有望成为一种性能优异的高功率激光增益材料。     

溶胶-凝胶法制备Al3+、Yb3+掺杂石英光纤纤芯的研究

以正硅酸乙酯、氯化铝和氯化镱为前驱体, 用溶胶-凝胶法制备了Al³⁺、Yb³⁺掺杂石英光纤纤芯。采用ICP-AES分析发现: 碱催化的掺杂硅凝胶上下层组分存在较大差异, 酸催化条件能够消除组分差异。将酸催化溶胶经凝胶化、热处理、玻璃化、光学加工, 获得了φ2.5 mm×50 mm的芯棒。测试2 mm厚芯棒玻璃的光谱和荧光寿命, 1020 nm的荧光寿命为896 μs, 羟基含量为0.4×10^-6, 并通过显微拉曼光谱分析玻璃结构。采用管棒法制备预制棒, 2000℃高温拉制了Al³⁺、Yb³⁺掺杂单包层石英光纤。用光纤折射率分布测试仪测得纤芯折射率波动Δn小于2×10^-4, 表明纤芯具有良好的光学均匀性。本研究结果提供了一种大模场掺镱石英光纤纤芯材料的制备方法, 并为溶胶-凝胶法制备均匀多组分材料的研究提供了理论参考。     

Nd：Y3Sc（1．5）Al（3．5）O（12）透明陶瓷的光谱性能以及激光输出

采用燃烧法制备了Nd:YSAG粉体,经过成型、素烧,最终在氢气气氛中烧结制备了Nd:YSAG透明陶瓷.测试结果表明,Nd:YSAG透明陶瓷具有荧光谱线较宽,荧光寿命较长的特点.激光实验得到的激光输出,斜率效率为23.6%,输出功率为0.36W,输出激光的谱线分布较宽.     

机械合金化和放电等离子烧结制备Y3Al5O12陶瓷

采用机械合金化和放电等离子烧结制备YAG陶瓷,研究了球磨时间对原料颗粒大小和烧结合成YAG纯度的影响,并利用x射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段对反应过程及产物形貌和物相进行了分析.研究结果表明,机械合金化Y2O3和Al2O3粉体,可明显细化氧化物颗粒,球磨20h后,Y2O3和Al2O3晶粒大小约为34nm和32nm.球磨处理的Y2O3和Al2O3粉体具有很高的活性,促进放电等离子烧结低温反应合成和获得致密的YAG.对球磨20h的粉体在不同温度进行放电等离子烧结,在1200℃即可获得纯YAG陶瓷,在1500℃烧结,可得到相对密度为99.5%的YAG陶瓷.1500℃烧结的块体在可见光范围内透过率为13.8%.     

氟化物激光晶体 Nd3+:LiYF4的坩埚下降法生长

本文报道了氟化物激光晶体Ｎｄ３＋： ＬｉＹＦ４的坩埚下降法生长工艺．采用经氟化处理的无水氟化物原料,按照 ＬｉＦ： ＹＦ３＝ ５１．５： ４８．５的比例配料,控制炉体温度于 ９２０～９６０℃,晶体生长速度为 ０．４～０．８ ｍｍ／ｈ,通过密闭条件下的坩埚下降法生长出尺寸为 ４２５ｍｍ×８０ｍｍ的完整单晶．     

YAG晶体中Yb~(3+)对Er~(3+)的敏化作用

根据能级跃迁速率方程得出Yb,Er:YAG中各能级布居数与Er3+离子浓度的关系.并与单掺Er:YAG中各能级布居数相比较,讨论共掺Yb3+对Er3+的波长为1.64和2.94μm两荧光的影响.结合作者关于红外光激励Yb,Er:YAG能量上转换为可见光工作,提出将Yb,Er:YAG晶体研制成以半导体激光器为激励源的可见光和1.64μm红外光的双波长全固化激光器的设想.     

Luminescence and compositional analysis of Y3Al5O12:Ce films fabricated by pulsed-laser deposition

Y_3–xAl₅O₁₂:Ce_x ³⁺ (YAG:Ce³⁺) thin-films were deposited by a pulsed-laser deposition method on quartz substrates using a solid YAG:Ce target. The films were analyzed by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, photoluminescence (PL), and energy dispersive X-ray analysis (EDX). The as-deposited films were amorphous and annealing above 900 °C was required for crystallization. PL spectra of annealed films showed a strong and broad emission band around 570 nm and excitations at 342 and 460 nm, all corresponding to transitions between the 4f ¹ ground level to the 5d ¹ excited levels of Ce³⁺ ion. Chemical analysis of films by EDX resulted in nearly the same information as that of the target illustrating excellent stoichiometry replication of the film from the target being sputtered. Electronic Publication     

热键合制作Yb:Y3Al5O12/Y3Al5O12复合晶体

采用热键合技术制备了Yb:Y3Al5O12/Y3Al5O12(Yb:YAG/YAG)复合晶体,对复合晶体进行了结构表征和键合质量检测.利用光学显微镜和扫描电镜观察了复合晶体横截面的形貌;在偏光显微镜下观察键合区域的应力,利用干涉条纹来表征复合晶体的光学均匀性;通过红外透过光谱的测量来检测复合晶体的键合质量.实验结果表明:热键合技术制备的Yb:YAG/YAG复合晶体键合界面处无界面缺陷,不存在复合界面空间过渡层,光学均匀性良好.     

氟化物激光晶体Nd3+:LiYF4的坩埚下降法生长

本文报道了氟化物激光晶体Ｎｄ＾３＋：ＬｉＹＦ４的坩埚埚下降法生长工艺,采用经氟化处理的无水氟化物原料,按照ＬｉＦ：ＹＦ３＝５１５：４８．５的比例配料,控制炉体温度于９２０－９６０℃,晶体生长速度为０．４－０．８ｍｍ／ｈ,通过密闭条件下的坩埚下降法生长出尺寸为φ２５ｍｍ＊８０ｍｍ的完整单晶。     

Comparison of fluorescence spectra of Yb:Y3Al5O12 and Yb:YAlO3 single crystals

Yb:Y₃Al₅O₁₂ (Yb:YAG) single crystals with Yb doping concentration 0.5 at.%, 5 at.%, 15 at.%, 25 at.%, 50 at.%, 100 at.% and Yb:YAlO₃ (Yb:YAP) single crystals with Yb doping concentration 0.5 at.%, 5 at.%, 15 at.%, 30 at.% were grown by the Czochralski process. The fluorescence spectra of these crystals and the effects of self-absorption on the shape of the fluorescence spectra were studied. Through comparing the fluorescence spectra of Yb:YAG and Yb:YAP, all results indicate that the effects of self-absorption on the fluorescence spectra of Yb:YAP are remarkably stronger than that of Yb:YAG at the same Yb concentration.     

Pb2MoO5单晶的坩埚下降法生长

本文报道了Pb2MoO5单晶的坩埚下降法生长工艺.按照精确的化学计量比进行配料,应用高温固相反应合成Pb2MoO5多晶料;在晶体生长过程中,控制炉体温度于1050～1070℃,调节固液界面温度梯度为30～40℃/cm,按照0.6～1.0 mm/h的下降速率,通过改进的坩埚下降法生长出透明完整的Pb2MoO5单晶;应用X射线衍射、差热分析、透射光谱等方法进行了单晶基本性质的表征.X射线衍射分析证实该晶体为单斜晶系,DTA/TG曲线表明该晶体在958℃一致熔融,高于此温度熔体组分出现严重挥发,该晶体在可见光波长范围具有良好的光学透过性,其吸收边位于370 nm波长附近.     

Er3+掺杂弛豫铁电材料PMNT的单晶生长与性能表征

按照0.71Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.26PbTiO₃-0.03Pb(Er_1/2Nb_1/2)O₃化学式所示组分比例, 采用分步高温固相反应合成出Er³⁺掺杂PMNT多晶, 通过熔体坩埚下降法生长出尺寸φ25 mm×100 mm的Er³⁺掺杂PMNT晶体, Er³⁺离子以三元固溶体组元方式被掺杂进入钙钛矿相铁电体晶格; 测试了Er³⁺掺杂PMNT晶片的介电、压电与铁电性能以及上转换发光性能。结果表明, Er³⁺掺杂PMNT晶体呈现跟三方相纯PMNT晶体相近的介电、压电与铁电性能; 在980 nm激发光作用下, 该掺杂晶体呈现出Er³⁺离子特有的较强上转换荧光发射, 并且极化后掺杂晶体的上转换发光强度得到增强。     

Yb:NaY(WO4)2晶体生长及性能研究

本文首次采用提拉法生长出了四方晶系白钨矿结构的Yb:NaY(WO4)2晶体,通过TG-DTA分析得到晶体的熔点为1211℃,测试了该晶体的红外光谱、拉曼光谱和吸收光谱.结果表明,该晶体在848nm、968nm附近有较强、较宽的吸收峰,适合于LD泵浦.