NaGd(MoO4)2晶体及其稀土掺杂晶体的生长与性能研究

摘要

LD泵浦的全固态激光器具有高效率、结构紧凑等优点,开发能够高效吸收LD泵浦光的新型宽吸收带激光晶体成为近十年来的研究热点。双金属钼酸盐晶体由于其特殊结构,具有高浓度稀土离子掺杂、掺杂离子光谱展宽、高的吸收与发射截面以及高三阶非线性效应等特性。此外,双金属钼酸盐具有物理化学性能稳定、一致熔融、熔点以下无相变的特点。这些特性使得双金属钼酸盐晶体能够较好地与 LD泵浦源相结合,并易于生长,具有较大的潜在商用价值。其中NaGd(MoO4)2属于典型双金属钼酸盐中的一种,但目前对该晶体的拉曼特性与2μm光谱性能研究尚未见到报道。本文针对NaGd(MoO4)2晶体的生长技术、理化性质表征、激光拉曼特性及稀土离子掺杂晶体的2μm荧光发光等光谱特征进行了系统研究与探索。具体工作包括:
　　1.使用高温固相法进行了掺杂与非掺杂NaGd(MoO4)2多晶料的合成技术研究,并使用提拉法(丘克拉斯基法)生长了三种单晶体。
　　2.使用粉末XRD确认了晶体的结构,结果表明所生长的三种晶体均为白钨矿结构,属四方晶系,I41/a点群。对晶体进行了热学性质表征,显示NaGd(MoO4)2晶体的熔点为1181℃,300K下测得比热为0.5J/(g K)。说明以NaGd(MoO4)2为基质的晶体具有高熔点与较好的化学稳定性。测量了NaGd(MoO4)2的拉曼光谱,对所有的拉曼峰进行了指认,结果表明晶体最大拉曼频移为886cm-1,具有作为拉曼晶体应用的潜质。
　　3.通过在晶体中引入 Yb3+/Ho3+、Tm3+/Ho3+共掺系统来实现在 LD光源激发下的2μm荧光发光,使用提拉法生长了 Yb3+/Ho3+: NaGd(MoO4)2、Tm3+/Ho3+:NaGd(MoO4)2单晶体。使用粉末XRD表征了晶体的结构,并通过晶格精修计算了两种晶体的晶格参数,测量了两种晶体的吸收光谱与荧光光谱,基于J-O理论计算了J-O强度参数、自发辐射跃迁几率、荧光分支比与荧光寿命,并对稀土离子间的能量传递机制进行了分析。Yb3+/Ho3+: NaGd(MoO4)2晶体在1.9μm-2.1μm之间存在宽度为110nm的荧光峰,Tm3+/Ho3+:NaGd(MoO4)2单晶在1.75μm-2.1μm之间存在宽度为350nm的荧光峰。说明晶体具有实现2μm可调谐激光输出的潜能。

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第一章 绪论

1.1 全固体激光器发展概况

1.2晶体增益介质发展现状与趋势

1.3钼酸盐激光增益介质

1.4 本文研究目标与内容

第二章 NaGd(MoO4)2单晶的生长方法与性能表征手段

2.1 NaGd(MoO4)2晶体的生长技术

2.2 NaGd(MoO4)2晶体的性能表征

2.3 本章小结

第三章 NaGd(MoO4)2晶体的生长与拉曼性质研究

3.1 晶体的生长

3.2 晶体的结构

3.3 热性能分析

3.4 晶体的拉曼特性与透过率

3.5 本章小结

第四章Yb3+/Ho3+:NaGd(MoO4)2晶体的生长与光谱性能研究

4.1 Yb3+/Ho3+:NaGd(MoO4)2晶体的生长

4.2 晶体的结构与热分析

4.3 晶体的吸收光谱与荧光光谱

4.4 Judd-Ofelt 分析

4.5 本章小结

第五章 Tm3+/Ho3+:NaGd(MoO4)2单晶的生长与光谱性能研究

5.1 晶体的生长

5.2 晶体的结构与热性能分析

5.3 晶体的吸收光谱与荧光光谱

5.4 Judd-Ofelt 分析

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果

致谢