几种具有白钨矿结构晶体的生长和性能研究

摘要

近年来，人们对钨酸盐晶体在电子顺磁响应、介电性能、微结构、激光性能、拉曼光谱和受激拉曼频移技术等方面产生了浓厚的兴趣并取得了很大的进展。钨酸盐系列晶体具有优良的物理及激光性能。此外，由于[WO4]2-具有很高的三阶非线性系数，因此具有较强的受激拉曼散射特性。同时，作为稀土掺杂离子Yb3+比人们常用的Nd3+具有更多的优点，进入90年代，随着高强窄带泵浦源InGaAsLD(0.87~1.1μm)的发展和成本降低，掺Yb3+激光晶体的研究进入高潮。
　　对于性能优良的钨酸盐晶体来说，人们对掺Yb3+的具有白钨矿结构的钨酸盐晶体的研究还较少，尺寸小、质量差的晶体成为人们研究其激光性能的瓶颈。本论文对掺Yb3+的NaGd(WO4)2、NaY(WO4)2、SrWO4晶体的生长、结构、缺陷及其基本性质进行了系统的研究，并研究了其激光性能，此外还探索了SrWO4晶体在拉曼激光中的应用。主要包括以下几个方面：
　　一、晶体生长
　　由于所生长的几种晶体均为同成分一致熔融化合物，并且在室温到熔点没有相变化，因此采用提拉法沿a轴生长出大尺寸、高质量的掺Yb3+的NaGd(WO4)2、NaY(WO4)2、SrWO4晶体。讨论了在晶体生长过程中影响晶体质量的一些工艺参数，并提出了相应的解决方法。
　　二、晶体元素、结构与缺陷
　　采用X射线粉末衍射法分别对晶体的多晶料、晶体和锅底剩料进行了测试，对晶体的结构及晶胞参数进行了计算和验证，并根据锅底剩料的衍射峰解释并验证了WO3过量2at%的必要性；采用Olympus显微镜在聚敛偏光下观察三种晶体的(001)晶片，获得了它们的光轴锥光干涉图，确认了三种晶体均为单轴晶，它们的光轴方向为结晶学四次轴方向；通过X射线荧光分析法测量了三种晶体的有效分凝系数，结合晶体的生长工艺和晶体晶胞结构分别对晶体中的各个元素进行了分析；分别通过化学腐蚀法和高分辨X射线衍射仪研究了晶体缺陷种类及其分布状态，并进一步确认了晶体的质量。
　　三、晶体基本物理性质
　　利用浮力法分别测量了SrWO4、NaGd(WO4)2和NaY(WO4)2这三种晶体的

目录

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摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

§1.1 引言

§1.2 激光器及激光晶体

1.2.1 激光器的工作物质

1.2.2 掺Yb~(3+)激光晶体的发展历史及现状

§1.3 非线性光学晶体

1.3.1 二阶非线性光学晶体

1.3.2 拉曼激光晶体

§1.4 钨酸盐激光晶体

1.4.1 钨酸盐晶体的分类、结构与形貌

1.4.2 本论文所涉及的几种钨酸盐激光晶体的研究历史及现状

§1.5 本论文研究的主要内容

参考文献

第二章 晶体的生长

§2.1 引言

§2.2 生长方法及装置

§2.3 单晶的生长

2.3.1 多晶料的合成

2.3.2 单晶的生长

2.3.3 晶体的退火

§2.4 影响晶体生长的几个因素

§2.5 小结

参考文献

第三章 晶体的结构、元素与缺陷表征

§3.1 引言

§3.2 晶体的结构分析

3.2.1 X射线粉末衍射

3.2.2 锥光干涉图

§3.3 晶体的元素分析

§3.4 晶体的缺陷研究

§3.5 小结

参考文献

第四章 晶体的基本物理性质

§4.1 引言

§4.2 晶体的密度

§4.3 晶体的硬度

4.3.1 硬度及其测试方法

4.3.2 晶体硬度的测量

§4.4 晶体的折射率

§4.5 晶体的热学性质

4.5.1 晶体的熔点、熔化热和熔化熵测量

4.5.2 晶体的比热

4.5.3 晶体的热膨胀

4.5.4 晶体的密度随温度的变化曲线

4.5.5 晶体的热扩散系数和热导率

4.5.6 几种常见钨酸盐晶体热学性质的比较

§4.6 小结

参考文献

第五章 晶体的光学性质和激光性能

§5.1 引言

§5.2 Yb:NaY(WO_4)_2和Yb:NaGd(WO_4)_2晶体光学性质和激光性质的研究

5.2.1 Yb:NaY(WO_4)_2和Yb:NaGd(WO_4)_2晶体的吸收谱

5.2.2 Yb:NaY(WO_4)_2和Yb:NaGd(WO_4)_2晶体的荧光谱

5.2.3 Yb：NaY(WO_4)_2晶体和Yb：NaGd(WO_4)_2晶体的激光性质

§5.3 SrWO_4晶体光学性质和激光性质的研究

5.3.1 SrWO_4晶体的光学性质

5.3.2 SrWO_4晶体的拉曼激光性质

§5.3 小结

参考文献

第六章 结论及有待进一步开展的工作

§6.1 主要结论

§6.2 本论文的主要创新点

§6.3 有待进一步开展的工作

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

学位论文评阅及答辩情况表