Yb:GdVO4系列激光晶体的生长及其性能研究

摘要

由于将半导体和固体激光器相结合,激光二极管(LD)泵浦的固体激光器(DPSSL)将两者的优点结合到一起：具有体积小、寿命长、全固化、泵浦效率高、输出稳定等优点,被广泛应用于军事、医疗、光通讯、材料加工、激光测距和激光核聚变等领域。激光工作物质作为DPSSL的重要组成部分是设计全固态激光器的关键因素,并决定着激光器的性能及其应用价值,因而,探索性能优异的激光材料成为研究全固态激光器的热点之一。
　　钒酸盐系列晶体被证明是性能优良的激光工作物质。其中,研究最多的是Nd：YVO4、Nd：GdVO4和Nd：LuVO4。在中小功率中,Nd：YVO4是应用最为成功的一种。而相对于YVO4具有更高热导率的GdVO4晶体,则在高功率应用中占有优势。同属三价稀土离子的Yb3+也因其自身特点,使得Yb3+激光器在若干应用上将明显优于Nd3+激光器。目前对掺Yb3+钒酸盐晶体的研究还不是很多,也不很全面,因此,有必要开展对Yb：GdVO4晶体的研究工作。
　　本论文对Yb：GdVO4晶体的生长、结构、缺陷、热学性质、光谱性质及激光性能进行了系统的研究,主要包括以下几个方面的工作：
　　一、晶体生长
　　以纯度为99.99%的V2O5、Yb2O3和Gd2O3通过液相反应合成出晶体生长所需要的多晶料。采用提拉法及选取适当的生长工艺生长出不同掺杂浓度的Yb：GdVO4晶体。讨论了生长工艺参数、温场、固液界面等因素对晶体生长的影响以及提高晶体质量的途径与方法。
　　二、结构测定
　　分析了晶体的结构与生长形貌。用X射线荧光法测量了晶体中Yb3+,Gd3+和V5+离子的分凝系数,结果表明Yb3+离子的分凝系数与Nd：GdVO4晶体中Nd3+离子的分凝系数相差不大,Yb3+离子可进行较高浓度的掺杂。通过X-ray粉末衍射法测定了Yb：GdVO4晶体的结构、计算了晶胞参数,为四方晶系,I41/amd空间群,晶胞参数随Yb3+离子掺杂浓度的增加而减小。高分辨X射线衍射实验对晶体的单晶性进行了检验。锥光干涉图表明Yb：GdVO4晶体为单轴晶。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 序论

1.1 引言

1.2 激光器的发展

1.3 激光基质与激活离子

1.4 Yb(3+)激光晶体简介

1.5 本论文的研究工作

第二章 Yb:GdVO_4系列晶体的生长

2.1 引言

2.2 晶体生长

2.2.1 多晶料合成

2.2.2 生长装置

2.2.3 晶体生长

2.2.4 晶体的退火

2.2.5 影响晶体生长的因素

2.3 本章小结

第三章 Yb:GdVO_4晶体结构测定和元素分析

3.1 晶体结构

3.1.1 晶体的生长形貌

3.1.2 X射线测定晶体结构

3.1.3 高分辨X射线衍射

3.1.4 锥光干涉

3.2 晶体组分分析和分凝效应

3.3 密度测量

3.4 硬度

3.5 本章小结

第四章 Vb:GdVO_4晶体的缺陷研究

4.1 引言

4.2 晶体缺陷研究方法

4.3 Yb:GdVO_4晶体的缺陷研究

4.4 本章小结

第五章 Yb:GdVO_4晶体的热学性质

5.1 引言

5.2 比热

5.3 热膨胀系数的测定

5.4 热导率的测定

5.5 本章小结

第六章 Yb:GdVO_4晶体的光学性质与激光实验

6.1 引言

6.1 透过光谱与吸收光谱

6.1.1 透过谱

6.1.2 吸收谱

6.2 室温荧光谱与荧光寿命

6.3 激光实验

6.4 本章小结

第七章 结论及有待进一步开展的工作

7.1 主要结论

7.2 主要创新点

7.3 有待进一步开展的工作

攻读学位期间发表的学术论文

攻读学位期间所获奖励

致谢

学位论文评阅及答辩情况表