不同浓度镱掺杂YPO4晶体生长、光谱及激光性能研究

摘要

作为激光材料，钒酸盐晶体已经被广泛研究，尤其是Nd3+掺杂钒酸盐晶体得到了一系列优异的激光性能，而磷酸盐晶体拥有与钒酸盐晶体同样的结构，也越来越引起人们的重视。本论文对Yb3+掺杂YPO4晶体展开探索，包括不同浓度Yb∶YPO4晶体的生长、表征、光谱性能分析、以及激光性能测试。 采用Pb2P2O7助熔剂，通过自发成核法生长了不同浓度Yb∶YPO4晶体，讨论了晶体的宏观缺陷，如包裹物，开裂等。并对5at.%Yb∶YPO4晶体进行定向，绘制出了晶体的理想外形图。 通过X射线单晶衍射仪解析了5at.%Yb∶YPO4晶体结构，确定晶体属于四方晶系，空间群是I41/amd。并通过X射线粉末衍射仪测试了Yb∶YPO4晶体粉末的XRD数据，对比分析不同浓度晶体的XRD谱线，发现较高浓度的掺杂不会引起晶体结构的改变，计算了晶胞参数，发现与解单晶得到的数据基本一致。对比纯净的YPO4和YbPO4晶体，发现Yb3+成功掺杂进入YPO4晶体中。 在室温下，通过分光光度计测试了1.8mm厚的5at.%Yb∶YPO4晶体偏振吸收光谱，计算了吸收截面。并利用修正过的倒易法计算了发射截面，将主要的光谱参数与Yb∶LuPO4晶体参数对比。 利用简单的平凹腔首次得到了5at.%Yb∶YPO4晶体高效连续波激光运转，输出耦合透过率的变化范围T=0.5%-40%，发现透过率T=5%，得到了最大的激光输出功率3.62W，对应的斜效率38%，光-光转换效率36%，同时，也实现了10at.%Yb∶YPO4晶体和15at.%Yb∶YPO4晶体激光运转。

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引言

绪论

稀土离子掺杂的晶体

晶体中的稀土离子

晶体基质对稀土离子光谱的作用

掺镱激光晶体的研究

镱离子的特点

激光晶体

掺镱激光晶体的研究现状

稀土正磷酸盐晶体的研究

稀土正磷酸盐简介

稀土正磷酸盐晶体的研究现状

本论文主要研究内容

Yb:YPO4晶体生长和性能表征

Yb:YPO4单晶的生长方法

助熔剂的选择原则

助熔剂的合成

Yb:YPO4单晶生长过程

生长装置

晶体生长

Yb:YPO4单晶缺陷分析

晶体形貌

晶体缺陷

Yb:YPO4单晶性质研究

晶体成分分析

晶体结构研究

本章小结

Yb:YPO4晶体的光谱特性

Yb3+掺杂磷酸盐晶体的基本光谱学性质

Yb:YPO4晶体的吸收谱

Yb:YPO4晶体的发射谱和荧光寿命

发射光谱

荧光寿命

本章小结

Yb:YPO4晶体的激光性能

实验装置

Yb:YPO4晶体的连续波激光振荡研究

5 at.%Yb:YPO4晶体连续波激光特性

10 at.%Yb:YPO4晶体和15 at.%Yb:YPO4晶体连续波激光特性

Yb:YPO4晶体的有效增益截面的研究

本章小结

总结与展望

全文总结

本论文的创新点

展望

攻读硕士期间的研究成果

致谢