新型激光晶体掺钕钒酸镥生长及其性能研究

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1、山东大学硕士学位论文摘要近年来，人们对研究简易、紧凑、寿命长、稳定可靠的半导体激光器泵浦固态激光器(Diod-PumpedSolid—StateLasers，DPSSLs)产生了浓厚的兴趣并取得了很大进展。高效、高峰值功率和短脉冲激光器在高空激光测距、勘探矿脉、非线性光学、医疗和材料加工等在许多领域被应用。探索性能优异的激光材料成为全固态激光器研究热点之一。钒酸盐系列晶体如Nd：YV04和Nd：GdV04有着优良的荧光和激光性质，在中小功率泵浦功率下，效率高于Nd：YAG晶体。激光研究的结果表明用Lu3+取代基质晶体当中Y3+

2、或Gds+，可以降低晶体生长的难度，提高激光性能。Nd：LuV04是一种新型的激光晶体，具有和Nd：w04和Nd：GdV04相同的结构，点群为4／mmm(D4h)，空间群为D墨一141／amd。可以用提拉法(Czoehralski)生长。本文研究了Nd：LuV04的晶体生长、结构和缺陷分析、热学和光谱性质、激光性能，主要包括以下几个方面：晶体生长采用液相合成法合成晶体生长用多晶原料。采用合适的晶体生长的工艺参数，比如适当的加热和降温速度、提拉和旋转速度，生长出高光学质量大尺寸的单晶。对晶体生长过程当中出现的实验现象进行了分析。

3、研究了Nd：LuV04晶体当中Nd，Lu和V元素的分凝系数。结构测定Nd：LuV04晶体结构可以采用X-my粉末衍射法、控曼光谱和锥光干涉图来确定。通过X．ray粉末衍射法计算了晶体的晶格参数。研究了Nd：LuV04晶体不同配置下的拉曼光谱，探讨了拉曼散射与结构的对应关系。通过锥光干涉图法，证实Nd：LuV04晶体为单轴晶。通过该方法可以鉴定晶体的光学质量。另外，我们采用浮力法测量了晶体的密度，其密度为6．233g／cm3。缺陷分析采用化学腐蚀法和同步辐射白光貌相术，对Nd：LuV04晶体的缺陷进行了系统的观察和研究，并对钒酸

4、盐系列晶体进行了比较实验，找到了最佳腐蚀剂j}Ⅱ腐山东大学硕士学位论文蚀时间。结合晶体生长探讨了缺陷的形成机制，为生长高质量晶体提供了依据。Nd：LuV04晶体的主要缺陷有开裂、包裹体。位错和小角晶界等。位错构成了影响晶体质量的最重要缺陷。这种缺陷可以来源于籽晶、晶体生长和晶体加工f切割和抛光)。考虑避免或减少位错线对于晶体作器件的使用有着重要的意义。通过对缺陷形成机制分析我们可以采取相应的解决措施来有效减少缺陷的形成。热学性质晶体的热学性质对于晶体生长和应用有着重要的意义。测量了Nd：LuV04晶体的比热、热膨胀和热导率等热

5、学性质，并结合晶体的结构特点对晶体进行了生长和应用方面的分析。其热膨胀系数为嗽】00，=1．7x10《，啦010，=1．5×10击，n<001>一9．1×lo’6Ⅸ，比热为O．45Jg-1K1。我们采用激光脉冲法测量室温下Nd：LuV04晶体的热扩散系数。该晶体的热导率由它的热扩散系数、密度及比热决定，计算出沿<100>方向的热导率为6．2W／m．k，<001>方向的热导率为7．9w／mrka可以发现Nd：LuV04晶体的热导率要高于YV04晶体的热导率。光学性质和激光实验测量了该晶体的透过谱、吸收谱和荧光谱激发谱等，分析了能

6、级跃迁机制。Nd：LuV04晶体的透过范围较宽，测量范围为190．3200nm。该晶体的透过范围覆盖紫外、可见光和红外波段。在596nm处有最强的吸收，在810nm处吸收次之。根据稀土光谱理论，,l-O理论，我们计算了Nd：LuV04晶体的光谱参数，预测了该晶体的一些激光性能。利用该理论计算了晶体的振子强度，并依次计算了一系列光谱参数。采用LD端面泵浦Nd：LuV04晶体，实现了1．06pm的连续、脉冲激光输出。研究了输出镶透过率T分别为5％、10％和15％的基频输出特性，以及不同重复频率下泵浦功率与脉冲能量关系。获得了12．

7、55w的连续输出功率，光-光转换效率为50．2％。当脉冲重复频率为40kHz和抽运功率为18W时，可以获得平均输出功率5．42w，光．光转换效率为30．1％。当脉冲重复频率25kHz和抽运功率为14．2W时，脉冲能量和峰值功率分别为138Ⅳ和16．2kw，脉宽为8．5as。关键词：钒酸镥晶体，晶体生长，热学性质，光学性质，激光性能山东大学硕士学位论文ABSTRACTInrecentyearstherehasbeentremendoussurgeofinterestinthedevelopmentanddemonstration

8、ofsimple，compact，highstabilityandhighefficientLD—pumpedsolid·statelasers．Efficient，highpeakpowerandshortpulselasersCanfindmanyusefulapplic