掺钕钒酸钆系列晶体生长、性能及其在dpssl中的应用研究

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1、原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：盔垂生日飙矗哩』皇关于学位论文使用授权的声明本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他

2、复制手段保存论文和汇编本学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：超导师签名：期：型：垒·兰山东大学博士学位论文摘要激光器是20世纪人类科学史上的一次重大发明，它促进了人类物质文明和精神文明的进步。LD泵浦的固体激光器(Diode．pumpedSolid．stateLaser,DPSSL)，具有良好的方向性和单色性，泵浦效率高，输出稳定且全固化，可实现激光器的小型化和集成化，适用于材料加工、激光精密测量、激光光谱学、激光医疗、激光化学、激光同位素分离以及激光核聚变等。寻求适合LD泵浦的激光工作物质是提高DPSSL效率的一个非常关键的因素，为此，人们

3、对激光基质和激活离子进行了广泛的研究。掺钕钇铝石榴石(Nd：Y3A15012、Nd：YAG)晶体是至今还得到最广泛应用的一种优秀激光晶体，它具有良好的机械性能，优秀的热学性质，是于1965年前后从数百种激光新晶体中优选出来的。20世纪80年代以后，随着全球信息技术的迅猛发展，Nd：YV04晶体作为一种具有高的吸收系数、大的受激发射截面和宽的吸收带的激光晶体，受到人们的日益重视，被广泛应用到小型激光器上，LD泵浦的Nd：YVO。激光器泵浦阈值一般在瓦级以下，甚至只有几个毫瓦，并且泵浦效率和斜效率均能超过50％，该晶体是一种经济又实用的优秀激光晶体。Nd：GdV04

4、晶体具有与Nd：YV04晶体相似的微观结构(同属ZrSi04型结构)，空间群为14l／amd，首先在1992年由俄罗斯和德国科学家生长出来，并于1993年实现了1．06gm的基频光输出，光光转换效率超过了50％。之后人们发现Nd：GdV04晶体与Nd：YV04晶体相比有更高的的泵浦光吸收系数，有宽的808nm的泵浦光吸收谱带和大的1．06[am受激发射截面(7．6×10“9frill2，ot值与Nd：YV04晶体相当)，引人关注的是该晶体具有与Nd：YAG晶体相当的热导率，这使得它比Nd：YVO。更适合于作为较高功率LD泵浦的激光材料。日本科学家认为提拉法生长N

5、d：GdV04晶体时存在严重的界面不稳定问题和散射问题，生长大尺寸和高质量的晶体比较困难，并认为导膜法(EFG)是生长该晶体的优选方法，但是导膜法生长的晶体依然存在缺陷严重、尺寸受限制的问题，晶体生长问题困扰着该晶体的研究。1999年，Chr．P．Wyss等人首先获得5w的1．06pan激光输出，从此对Nd：GdV04晶体的研究更加深入。上世纪九十年代中期以来，山东大学以孟宪林教授为首的课题组，高度重视该晶体在较大功率LD泵浦全固态激光器领域优山东大学博士学位论文秀的应用潜质，在Nd：GdV04晶体生长和性能方面开展了一些研究工作。LD泵浦的晶体激光实验中己获得

6、14．3w的1．06gm的基频光输出。初步确定该晶体比Nd：YV04更适合于制作较高功率的LD泵浦高效激光器。Nd：GdV04和Nd：YV04晶体二者有着相同的晶体结构，熔点相差仅30。C且熔体可实现无限互溶，所以对于任意组分x，Nd：Y。Gdl-xV04应可生长成为单一晶格结构的固溶晶体。我们知道Nd：GdV04和Nd：YV04晶体具有良好的激光性能，那么研究不同Gd／Y比的和不同掺钕离子的Nd：Y。Gdl一。V04混晶的生长和性质研究对寻找新型激光基质材料有着重要的意义。我们用提拉法生长了不同Gd／Y比的低钕掺杂的Nd：Y。Gdj．。V04混晶，并对该系列晶

7、体的结晶学、热学、光谱和激光性质进行了研究。本文主要工作有：(1)．采用液相反应方法，去除晶体生长原料中的各种杂质，使之纯化。探索并建立一套先进的温场系统，其特点是：a、能很方便地调节系统的温度梯度，造就既有利于克服晶体开裂，同时又有利于解决组分过冷的温度分布：b、能有效防止熔体被污染：c、排除贵金属后热器的使用，使温场系统成本降低1～2个数量级。通过完整的生长、退火工艺，用优质原料，Czochralski方法成功生长不同掺钕浓度和纯的优质GdVO。单晶。对晶体生长过程中的实验现象进行讨论，从晶体实际生长形状出发推断出该晶体的理想形貌。通过组分分析，确定晶体各离

8、子的有效分凝系数。发现N