Nd-RexGd3-xGa5O12(Re=Lu3+,La3+)激光晶體的生長(zhǎng)和性能表征.pdf

1、激光二極管(LD)泵浦的全固態(tài)激光器是理想的新一代相干光源，因具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、輸出穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，近年來已成為激光發(fā)展領(lǐng)域最具前景的方向之一。工作物質(zhì)是全固態(tài)激光器的核心，尋求適合LD泵浦的激光工作物質(zhì)是提高激光器效率的關(guān)鍵因素，為此人們對(duì)激光基質(zhì)和激活離子進(jìn)行了廣泛的研究。Nd∶Gd3Ga5O12(Nd∶GGG)晶體以其優(yōu)越的力學(xué)、熱學(xué)和激光性能成為L(zhǎng)D泵浦的高功率固體激光器的優(yōu)選工作物質(zhì)。然而對(duì)于Nd∶GGG晶體，Nd3+

2、的有效分凝系數(shù)(0.4～0.52)顯著偏離理想值(≈1)，且晶體中Nd3+和Gd3+離子半徑不匹配，這導(dǎo)致晶體中引入晶格畸變。本論文旨在對(duì)現(xiàn)有材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以提高材料的某些性能:一方面，為了消除晶格畸變，我們?cè)贜d∶GGG晶體引入離子半徑更小的Lu3+（體積補(bǔ)償作用）;另一方面，為了提高Nd3+在晶體中的有效分凝系數(shù)，我們?cè)谑骟w格位摻入離子半徑更大的La3+(106.1 pm)。具體內(nèi)容包括以下幾方面:
　　 一、Nd∶

3、(LuxGd1-x)3Ga5O12(Nd∶LGGG)晶體生長(zhǎng)和性能表征采用提拉法成功生長(zhǎng)出Φ26 mm×14 mm Nd∶LGGG晶體。通過XRF測(cè)試得到Nd3+和Lu3+在晶體中有效分凝系數(shù)分別為0.50和1.32。測(cè)試了晶體的熱學(xué)性質(zhì)，包括平均熱膨脹系數(shù)、比熱、熱擴(kuò)散系數(shù)，根據(jù)測(cè)試結(jié)果計(jì)算得到了晶體的熱導(dǎo)率，其室溫?zé)釋?dǎo)率高達(dá)9.66 W·m-1·K-1，優(yōu)于Nd∶GGG晶體，與Nd∶YAG晶體的熱導(dǎo)率相當(dāng)。詳細(xì)表征了晶體的室溫光譜性

4、能，最強(qiáng)吸收峰805 nm的最大半峰寬(FWHM)達(dá)8.6nm，遠(yuǎn)大于Nd∶YAG(FWHM=0.9-2.1 nm)，有利于LD泵浦。系統(tǒng)研究了Nd∶LGGG晶體在1062 nm的連續(xù)(CW)和被動(dòng)調(diào)Q(PQS)激光性能。在連續(xù)激光運(yùn)轉(zhuǎn)中，最大輸出功率達(dá)9.73 W，相應(yīng)的光光轉(zhuǎn)換效率和斜效率分別為60.7％和61.2％。在被動(dòng)調(diào)Q測(cè)試中，最大平均輸出功率、最短脈沖寬度、最大峰值功率和單脈沖能量分別為1.24W、9.95 ns、14.2

5、0 kW和148μJ。
　　 二、Nd∶(LaxGd1-x)3Ga5O12(Nd∶LaGGG)晶體生長(zhǎng)和性能表征采用提拉法首次生長(zhǎng)出高質(zhì)量Nd∶LaGGG晶體，晶體尺寸為Φ26 mm×30mm;利用粉末XRD表征了晶體結(jié)構(gòu)，采用XRF測(cè)試了晶體中各離子的濃度，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果計(jì)算得到Nd3+和La3+在晶體中的有效分凝系數(shù)分別為0.52和0.16。系統(tǒng)地測(cè)試了晶體的熱學(xué)和光譜性能，其室溫?zé)釋?dǎo)率為8.28 W·m-1·K-1，與Nd

6、∶GGG晶體相當(dāng);采用Judd-Ofelt(J-O)理論分析了晶體的室溫吸收光譜，并計(jì)算得到晶體的光譜參數(shù)。詳細(xì)研究了晶體在1.33μm的CW和PQS激光性能，最大CW和PQS輸出功率分別達(dá)5.1W和1.1W，顯著優(yōu)于Nd∶GGG晶體，預(yù)示著Nd∶LaGGG晶體在1.33μm有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
　　 三、探究Lu3+/La3+摻雜對(duì)Nd∶GGG晶體影響的差異從晶體生長(zhǎng)和性能兩方面對(duì)Nd∶LGGG和Nd∶LaGGG兩種晶體進(jìn)行比較