稀土离子激活的CaYAlO4、SrLaGaO4无序结构激光晶体的生长与光谱性能研究

作     者：房姗姗 

作者单位：江西理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：涂朝阳;孙益坚

授予年度：2023年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：中红外激光晶体 稀土离子掺杂激光晶体 超快激光晶体 光谱性能 晶体生长 

摘      要：新型激光晶体开发一直是激光材料研究的热点。其中,～3μm波段中红外激光因对水分子的强烈吸收,在激光手术等医疗领域具有重大应用前景;而超快激光因脉冲能量大,峰值功率高和持续时间短等优点,被广泛用于智能加工,通讯遥感,国防军事,医疗美容及科研等领域。ABCO体系是一类优异的激光晶体基质材料,因具有声子能量低和无序结构特征,在～3μm中红外激光和超快激光材料中表现巨大优势。本论文以该体系为研究对象,开发了系列Ho激活的CaYAlO～3μm中红外激光晶体,并开发了一种新型的Sr La Ga O超快激光增益材料,系统研究了Sr La Ga O晶体的光谱性能。具体内容如下:1.采用提拉法生长了Ho离子激活的CaYAlO晶体,结合J-O理论对其光谱性能进行了系统分析。为了克服缺乏商用泵浦源和～3μm激光自终态瓶颈效应等问题,设计了系列敏化离子Nd、Yb和退激活离子Pr、Sm共掺的Ho:CaYAlO晶体。结果表明,Yb是一个有效的敏化离子,在980 nm的能量传递效率高达83.5%;而Nd掺杂不仅具有敏化效果,还发挥了退激活作用。808 nm激发下,～3μm激光上下能级寿命分别为0.240和0.723 ms,有效地抑制了自终态效应;Pr、Sm离子退激活的Yb/Ho:CaYAlO三掺晶体均表现出增强的～3μm光谱发射,～3μm激光上下能级寿命分别为0.154、0.298 ms(Pr)和0.114、0.395 ms(Sm),证明其具有较好的去激活作用。因此,通过优化设计,Nd/Ho:CaYAlO、Yb/Ho/Sm:CaYAlO、Yb/Ho/Pr:CaYAlO晶体可作为潜在的中红外激光增益材料,有望实现～3μm中红外激光输出。2.在富Ga的组分中,采用提拉技术成功生长了Sr La Ga O晶体,并对其结构和折射率进行研究。通过提拉法生长了Nd:Sr La Ga O和Dy:Sr La Ga O晶体,在室温下测量了晶体的荧光发射光谱及寿命衰减曲线,并基于J-O理论计算了相关光谱参数。Nd:Sr La Ga O晶体在1.0μm处的发射截面为4.14×10 cm[π]、4.12×10cm[σ],半峰宽为8.00 nm[π]、19.47 nm[σ],较大的非均匀展宽表明该晶体在超快激光和可调谐激光领域中具有良好的应用前景。Dy:Sr La Ga O晶体在黄光波段的半峰宽为13.58 nm,黄光寿命是0.294 ms,同时在2.94μm处出现较强发射带,半峰宽为342 nm,中红外寿命为0.130 ms。研究表明Dy:Sr La Ga O晶体可作为潜在的黄光和中红外波段超快或可调谐激光晶体材料。