稀土离子(Er,Yb,Nd,Ce)掺杂RePO4(Re=Y,Lu)晶体的生长、光谱及激光性能研究

摘要

稀土正磷酸盐晶体具有优异的抗辐射性能、良好的化学稳定性和较高的熔点，允许激活离子高浓度掺杂而不会引起浓度猝灭，可作为二极管泵浦固态激光器的基质材料。但是，由于其生长难度较大，晶体的质量及尺寸制约了该晶体在激光器领域的应用。 针对上述问题，文中选取合适的助熔剂体系，通过助熔剂自发成核的方法首次生长得到以特定浓度稀土离子(Er,Yb,Nd,Ce)掺杂的RePO4(Re=Y,Lu)晶体，并对他们的晶体结构、光谱特性以及激光性能进行了表征。 文中，测试并计算了Er:Yb:LuPO4晶体在σ和π偏振态下所对应的吸收截面和半峰宽。在980nm泵浦光下记录了Er:Yb:LuPO4和Er:Yb:Ce:LuPO4两种晶体的上转换荧光光谱和近红外荧光光谱，通过对比发现，由于高浓度Ce3+离子的掺杂，在Er:Yb:Ce:LuPO4晶体中的上转换发光明显减弱。Er:Yb:Ce:LuPO4晶体在1.5-1.6μm波段的荧光强度是Er:Yb:LuPO4晶体的两倍。 对3at%Nd:YPO4晶体的非偏振吸收截面和受激发射截面进行了测试。在805nm光纤耦合激光二极管泵浦源作用下，对Nd:YPO4晶体在1.06μm和1.34μm两个波段的连续激光性能进行表征，分别得到最大能量为2.16W和0.8W的连续激光输出。 记录了7.5at%Yb:LuPO4晶体在900-1050nm范围内的非偏振吸收截面光谱。在975nm光纤耦合激光二极管泵浦光的激发下，得到最大功率为3.14W的连续激光输出。该值几乎为5at%Yb:LuPO4晶体首次连续激光输出能量（1.61W）的2倍。结果表明Yb离子掺杂浓度的进一步优化将会获得更好的激光性能。

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第一章 绪论

1.1 稀土正磷酸盐简介

1.2 激光活性离子

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1.4本论文研究内容

本文研究了稀土离子(Er3+, Yb3+, Nd3+, Ce3+)掺杂稀土正磷酸盐RePO4(Re=

（1）晶体生长前期进行了包含镧系以及钪（Sc）、钇（Y）17中稀土正磷酸盐在助熔剂中溶解度曲线的调研与计算

（2）根据溶解度曲线设计控温程序并进行晶体生长：探索并选取适合Er:Yb:LuPO4、Er:Yb:Ce:L

（3）对Er:Yb:LuPO4和Er:Yb:Ce:LuPO4晶体分别进行红外光谱分析及粉末X射线衍射测试，

（4）测试了Er:Yb:LuPO4晶体在900-1700 nm光谱范围内的偏振吸收光谱及其在1400-17

（5）在980 nm泵浦光激发下，测试并比较Er:Yb:LuPO4、Er:Yb:Ce:LuPO4两种晶体在

（6）测试并计算3%Nd:YPO4在700-850nm范围的吸收截面以及800-1500 nm范围内的发射

第二章 稀土掺杂RePO4(Re=Y, Lu)的晶体生长

2.1原料合成

2.1.1 化学共沉淀法

2.1.2 PbHPO4与RePO4粉体合成

2.2 溶解度曲线计算

2.3 晶体生长

2.3.1 助熔剂法简介

2.3.2 助熔剂的分类及选用原则

2.3.3 晶体生长装置

2.3.4 晶体生长实验及结果

2.4 晶体生长机理及其影响因素

2.4.1 晶体生长机理

2.4.2 晶体生长影响因素

2.5 本章小结

第三章 稀土掺杂RePO4(Re=Y, Lu)晶体的表征

3.1 Er:Yb:LuPO4及Er:Yb:Ce:LuPO4晶体

3.1.1 红外光谱分析

3.1.2 X射线粉末、单晶衍射测定

3.2 Nd:YPO4晶体

3.2.1 光谱性能表征

3.2.2 激光输出实验

3.3 Yb:LuPO4晶体

3.3.1 光谱性能表征

3.3.2 激光输出实验

3.4 本章小结

1. 对Er:Yb:LuPO4和Er:Yb:Ce:LuPO4晶体的红外光谱分析及粉末X射线衍射测试表

2. 测试了Er:Yb:LuPO4晶体在900-1700 nm光谱范围内的偏振吸收光谱及其在1400

3.在980 nm泵浦光激发下，测试并比较Er:Yb:LuPO4、Er:Yb:Ce:LuPO4两种晶体在

4.对3at%Nd掺杂YPO4晶体在700-850nm范围的吸收截面以及800-1500 nm范围内的发

第四章 总结与展望

4.1 主要研究内容与结论

3.对Er:Yb:LuPO4和Er:Yb:Ce:LuPO4晶体分别进行红外光谱分析、粉末X射线衍射测试以

4.测试了Er:Yb:LuPO4晶体在900-1700 nm光谱范围内的偏振吸收光谱及其在1400-17

5.在980 nm泵浦光激发下，测试并比较Er:Yb:LuPO4、Er:Yb:Ce:LuPO4两种晶体在

6.对3at%Nd掺杂YPO4晶体在700-850nm范围的吸收截面以及800-1500 nm范围内的发

4.2 论文创新点

4.3 展望

参考文献

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[87]ZP Wang, LK Sun, SJ Zhang, et al. Investigation of

攻读硕士期间的研究成果

致谢

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