Tm:YAP、ZnSe及Cr2+:ZnSe激光晶体的生长与性能研究

摘要

由于Tm3+具有与商用二极管匹配良好的吸收峰以及交叉弛豫量子效率接近于2的特性,掺Tm3+固体激光器是近年来2μm激光器研究的重点方向之一。在现代工业、科研和军事中有着广泛的用途。此外,宽谱带可调谐(2.0-3.1μm)的中红外Cr2+:ZnSe激光器也引起了人们极大的兴趣。由于其具有较宽的吸收谱(1.5-2.1μm),所以Cr2+:ZnSe激光器可以选用的泵浦源种类很多。本论文以自制的Tm:YAP激光器作为Cr2+:ZnSe激光器的泵浦源,为开展Cr2+:ZnSe激光晶体的激光性能研究奠定基础。
　　 本论文以Tm:YAP、ZnSe和Cr2+:ZnSe作为研究对象,在总结了已有报道的基础上,开展了晶体生长、性能表征和激光实验等方面的工作,主要包括两个部分的内容:
　　 1.Tm:YAP晶体生长、光谱和激光性能研究。
　　 采用提拉法成功生长了4 at％浓度Tm:YAP晶体。围绕改善晶体生长条件和工艺参数展开了一系列研究工作。通过XRD分析确定生长的晶体为Tm:YAP晶体。测试并分析了Tm:YAP晶体的相关光谱性质。吸收光谱研究显示:生长的Tm:YAP晶体在688和794 nm波段范围有较强的吸收峰。荧光寿命实验研究显示3F4能级的荧光寿命为5.82 ms。对4 at％浓度不同轴向的Tm:YAP晶体进行了激光性能的测试。其中4 at％Tm:YAP c向样品在泵浦功率为24W时,实现最优的激光输出。实验中采用793nm激光二极管泵浦c向Tm:YAP晶体,实现了2.01μm激光输出,最大输出功率5.16 W,光转换效率为39％,斜率效率高达45.5％,连续可调范围从1894到2066nm,在2010nm得到最大的输出功率值为1.84 W。
　　 2.ZnSe晶体生长、掺Cr2+:ZnSe晶体的制备及晶体缺陷和光谱性能的研究。
　　 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单晶进行了缺陷研究和光学性能分析。使用磁控溅射方法在ZnSe晶体上镀铬膜,通过热扩散方法成功制备出中红外Cr2+:ZnSe激光晶体,并研究了Cr2+:ZnSe晶体的光谱性能。吸收光谱测试观察到了Cr2+(3d4)离子取代四面体配位Zn2+离子的5T2→5E能级的跃迁在1800 nm的吸收带。77 K低温的光致发光光谱表明Cr2+:ZnSe晶体具有中心波长位于2.2μm的宽谱带发射特征。这些工作为下一步设计Cr2+:ZnSe激光器提供优秀的Cr2+:ZnSe激光晶体和相关的参考数据。