新型紫外可调谐激光材料氟化物晶体生长与性能的研究

摘要

该文报告了以解决氟化物激光晶体的生长难题、镧系离子在氟化物晶体中的分凝规律、掺稀土离子的氟化物晶体紫外光谱特性及其激光特性的研究为目的进行的一系列晶体生长工艺实验、化学成分分析、光谱测试和激光实验得到的研究结果.采用提拉法在不同加热系统中和不同生长气氛下进行了LiCaAlF<,6>(氟铝钙锂)类型晶体和LiYF<,4>(氟化钇锂)类型晶体生长的实验,并深入探讨了在晶体生长过程中在晶体内部和表面上形成某些缺陷的原因.为了获得高质量的氟化物晶体,抑制原材料的氧化和挥发,选择适当的温度梯度,以及生长过程的稳定控制,是晶体生长过程中不可忽视的三要素.报告了Ce<'3+>在氟铝钙锂型和氟化钇锂型两种晶体中的分凝系数以及镧系离子在LiYF<,4>晶体中的有效分凝系数的测试结果和计算结果.从离子半径和晶胞畸变的角度,讨论了镧系+3价离子在LiYF<,4>晶体中有效分凝系数随离子半径变化的原因,以及掺入离子在两类晶体中的占位问题.报告了Ce<'3+>在这些晶体中紫外光谱.Ce<'3+>:LiYF<,4>在190--310nm波长范围内,比Ce<'3+>:LiLuF<,4>有更连续展宽的吸收带,Ce<'3+>的吸收带展宽是由于Ce<'3+>在LiYF<,4>晶体中替代三价离子位造成的畸变比在LiLuF<,4>晶体中替代三价离子位造成的畸变程度大,导致离子的能级分裂大造成的.Ce<'3+>:LiSr<,0.8>Ca<,0.2>AlF<,6>在240--280nm波长范围内,比Ce<'3+>:LiSrAlF<,6>、Ce<'3+>:LiCaAlF<,6>有更连续展宽的吸收带.吸收带展宽的主要原因是在LiSr<,0.8>Ca<,0.2>AlF<,6>晶体中Ce<'3+>替代的二价位有多样性.从大尺寸晶体生长的难度和紫外可调激光器的应用的角度看,Ce<'3+>:LiCaAlF<,6>是适合于制作功率较大的紫外可调激光器的材料.使用Q开关-Nd:YAG激光器4倍频激光泵浦,得到输出波长为289nm、重复频率为10Hz、输出功率为30.5mJ、斜效率为39％的Ce:LiCaAlF<,6>紫外激光.使用KrF准分子激光泵浦,得到了输出波长为309nm、重复频率为1Hz、输出功率为28mJ、斜效率为16.5％的Ce:LiLuF<,4>激光.

目录

文摘

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第一章新型氟化物激光晶体的研究意义和现状

1.1紫外激光的基本性质及应用

1.2紫外激光材料的技术难题

1.3氟化物晶体是紫外激光应用领域的候选材料

1.4氟化物紫外激光晶体的研究现状

1.5本文的工作

第二章两类氟化物晶体生长工艺的研究

2.1晶体生长理论基础

2.2晶体生长实验

2.3 LiCaAlF6类型晶体生长工艺研究

2.4 LiYF4类型晶体生长工艺研究

第三章稀土离子在氟化物晶体中分凝特性的研究

3.1掺杂离子在晶体中的分凝理论

3.2镧系元素在LiYF4晶体中分凝系数

3.3 Ce3+离子在LiYF4、LiLuF4晶体中分凝系数

3.4 Ce3+离子在LiCAF、LiSAF、LiSCAF晶体中分凝系数

第四章掺Ce3+离子氟化物晶体光谱特性的研究及激光实验

4.1 Ce3+离子光谱学理论

4.2 Ce3+离子在LiCAF型晶体中光谱特性和占位问题

4.3 Ce3+离子在LiYF4型晶体中光谱特性

4.4 Ce3+：LiCAF、Ce3+：LiLuF4晶体激光特性的实验研究

第五章结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢