yb及其它稀土元素（ertbdysm）掺杂四硼酸铝钇晶体的生长及性质研究

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1、山东大学博士学位论文摘要在光信息存储、光盘技术、激光打印、彩色复印等领域中，红绿蓝可见光激光器，具有十分重要的意义。当前固体激光器正朝着高效率、多功能、多波长、小型化方向发展，因此，研究适合制作这种全固化微小型激光器的激光菲线性复合功能晶体成为非线性光学材料领域的探索热点。目前常用的激光自倍频材料主要有Nd：Mg：LiN03、Nd：YAl30303)4、Nd：YCOB和Nd：GdCOB，但是这些晶体尚未能达到实用化、商品化的程度。目前，获得的最高自倍频输出是由钛宝石泵浦Nd：YAl3(B03)4

2、晶体实现的，最大激光输出为450mW。四硼酸铝钇晶体[YAl3(B03)4，YAB]具有：较大的非线性光学系数，约为KDP晶体的3,9倍；很好的热导率和化学稳定性，是一种耐高温材料；莫氏硬度达到8等诸多优点，是一种优良的基质鑫体。其中Nd：YAl3(B03)4晶体是最早实现激光运转的晶体e四硼酸铝钇(YAB)晶体是一种重要的晶体材料，因为大多数稀土激活离子在配位结构上与Y3+离子具有很大的相似性，它们相近的物理化学性质使得稀土离子在相互取代时，不会导致晶体结构的突变，因而容易实现材料的改性。所以

3、YH离子被稀土激活离子部分取代后，可以实现不同波段的激光发射。虽然这类晶体早在1962年就被发现，但是对于除Nd3+离子以外的稀土掺杂的YAB晶体的生长习性以及缺陷等方面的研究尚少。为此，我们进行了四硼酸铝钇晶体掺杂改性的探索性研究。本论文通过大量的实验工作。对各种稀土激活离子。比如Yb”、Er”、Dy”、Tb”、Sm3+掺杂的YAB晶体，重点对Yb：Ⅵ心晶体进行了系统的研究。主要研究工作及结果如下：1．晶体生长以及宏观物理性质Re：YAB晶体属于不一致熔融化合物，只能采用助熔剂法生长。通过对晶

4、体生长过程中影响晶体生长、晶体质量的主要因素的分析和讨论，提出了相应的解决方法，确定了适合Yb3+，sm”，E一，Tb3+，Dy3+：YAB晶体生长工艺参数，生长出了大尺寸、高光学质量的Yb：YAB和Er,Dy,Tb，Sm：YAB的单晶体。利用X射线法获得了不同Yb3+掺杂Yb：Ⅵ蛆晶体和Er,Dy,Tb，Sm：YAB晶体的衍射图，利用DICVOL91程序计算了它们的晶胞参数。分析了Yb：YAB晶体的结构，测定了Yb：YAB晶体中各元素的分凝系数。Yb3+，Sm3+，Er”，Yb3+，Dy3+等

5、离子的掺入没l摘要有引起基质晶体的结构发生变化，它们均为三方晶系，只是晶胞参数随掺杂离子的不同稍有变化。晶体的基本物理化学性质对晶体生长和应用的有较大的影响，本论文研究了Yb：YAB以及其它sm”，Er3+，1Tb3十，Dy3+：YAB晶体的光学、热学性质，通过对它们的研究来了解晶体生长方面的信息和对晶体应用方面的影响。Yb：YAB和Sm3+，Er3+，Tb3+，De+：YAB晶体的比热适中，说明当用脉冲激光入射时，在晶体当中产生的温度梯度较小。热膨胀的各向异性比较明显，沿c方向的热膨胀系数约为

6、沿a方向的5倍左右，在晶体生长过程中，热膨胀效应将会导致晶体开裂。利用V棱镜法测量了Yb：YAB晶体和Dy：YAB晶体的主轴折射率，拟合了折射率曲线。Yb：YAB晶体和Dy：YAB晶体折射率的实际测量值与理论值非常吻合。2，晶体的缺陷研究采用助熔剂法生长的晶体，常会造成云雾状包裹、生长条纹等宏观缺陷，严重地影响到晶体的质量。采用光学显微术、同步辐射白光貌相术，原子力显微镜结合化学腐蚀法对Yb：YAB和Dy,Tb，Sm：YAB晶体的缺陷进行了观测和研究。开裂、包裹物、挛晶，位错等是晶体中的主要缺陷

7、。分析了有关缺陷的形成原因，并提出了相应的消除或减缓办法，找出生长高质量晶体的途径。3．Yb：YAB晶体和Er,Dy,Tb，Sm：YAB晶体的光谱性质YAB晶体中Y3+离子可以被许多稀土离子所取代而生成其它的激光晶体。考虑采用Yb3+、sm3十、Er3+、Tb3+、Dy3+稀土金属离子掺入YAB单晶体，实现不同波段的激光或者自倍频运转；并分析了Yb3+、sm3+、Er3+、Tb3+、Dy3+不同稀土金属离子掺杂与晶体生长、晶体结构、晶体完整性、光谱性质之间的关系，预测了它们可能实现的荧光发射。测

8、量了Yb：YAB晶体和Er,Dy,Tb，Sm：YAB、ErYb：YAB和HoYb：YAB晶体的室温吸收光谱和荧光光谱，分析了能级跃迁对应的吸收峰和荧光峰值波长：利用J-O理论分析了Er：YAB、Dy：YAB、Er,Yb：YAB和Ho，Yb：YAB晶体的光谱参数，拟合了它们的强度参数，Er：YAB的强度参数分别为：Q2_6．54x10之ocIn2、o．4=1，89x10-20cm2、Q^：1．81×10之ocm2；Dy：YAB晶体的强度参数分别为：f22=1．09x10‘20cm2、Q4=O．53