掺Yb:CaF2/SrF2系列激光晶体研究

摘要

当前，超强、超短脉冲激光成为激光技术发展的前沿，而掺Yb3+:CaF2/SrF2激光晶体被认为是获得高功率超快激光器的重要激光介质。本论文通过系统研究La3+、Gd3+、Sc3+、Y3+等调控离子掺杂浓度对Yb3+:CaF2/SrF2晶体物理性能及光谱性能的影响规律，获得实现优异激光性能的最佳浓度配比范围；同时分析了不同气氛与不同退火工艺对晶体光谱性能及发光中心的影响，以提高晶体的发光性能。
　　通过研究发现，3％Yb,x%M(M=La/Gd/Sc):CaF2晶体中，3at.%Yb,6at.%La:CaF2晶体，与3at.%Yb:CaF2晶体相比，吸收截面由原来的0.57×10-20cm2增加到0.81×10-20cm2，提高了42.10%，发射截面1029nm处由原来的1.91×10-21cm2增加到2.11×10-21cm2，提高了10.47%，荧光寿命为2.48ms，并且具有较高的荧光量子效率。
　　相较于3at.%Yb:CaF2晶体，3at.%Yb,3at.%Y:Ca0.5Sr0.5F2与3at.%Yb,15at.%Gd:Ca0.5Sr0.5F2晶体吸收截面最大，分别增加了62.38%、68.38%。与3%Yb:Ca0.5Sr0.5F2晶体相比，3%Yb,x%Y:Ca0.5Sr0.5F2晶体吸收截面随着共掺 Y3+离子浓度的降低而增加，3%Yb,x%Gd:Ca0.5Sr0.5F2晶体吸收截面随着共掺Gd3+离子浓度的增加而增加。
　　退火实验表明，缓慢降温的真空气氛退火可以更有效的消除晶体内部的应力，提高晶体的光学质量。单掺Yb3+离子的CaF2晶体中，2.3%Yb:CaF2在真空条件下退火后，吸收系数提高18.79%，吸收截面提高16.98%；3%Yb:Ca0.5Sr0.5F2晶体真空气氛退火后吸收系数提高19.04%，吸收截面提高23.30%；5%Yb:Ca0.5Sr0.5F2晶体吸收系数提高20.53%。

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第一章 绪 论

1.1 选题的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文的选题及研究思路

第二章 实验部分

2.1 晶体生长

2.2 实验分析方法

第三章 3%Yb,x%M(M=La/Gd/Sc):CaF2激光晶体的研究

3.1 引言

3.2 晶体生长

3.3 晶体结构

3.4 晶体的分凝特性

3.5 晶体的热性能

3.6 晶体的吸收光谱

3.7 晶体的发光性能

3.8 3%Yb,x%La:CaF2晶体拉曼光谱

3.9 Yb:CaF2晶体退火实验

3.10 本章小结

第四章 3%Yb,x%M(M=Y/Gd):Ca0.5Sr0.5F2激光晶体的研究

4.1 引言

4.2 晶体生长

4.3 晶体结构

4.4 晶体的分凝特性

4.5 吸收光谱

4.6 x%Yb:Ca0.5Sr0.5F2晶体退火实验

4.7 本章小结

第五章 全文总结

5.1 主要结论

5.2 创新点

5.3 下一步工作及展望

致谢

参考文献