镱掺杂钨酸钇钾激光晶体的生长及物性研究

发布时间：2020-09-24 10:27

　　镱掺杂钨酸钇钾晶体(Yb:KY(WO_4)_2,简称Yb:KYW)是一种适合LD泵浦的固体激光工作物质,具有量子缺陷低,光-光转换效率高的优点。本文以K_2W_2O_7作为助熔剂,采用顶部籽晶提拉法生长出Yb_x:KY_(1-x)W晶体(x=0.05,0.10,0.15,0.20),研究了拉速、转速对晶体生长的影响,确定了晶体生长的最佳工艺参数。将生长出的晶体切割、抛光后,进行了一系列结构与光谱性能测试,结果表明,KYb_xY_(1-x)W晶体具有良好的热稳定性和高的结晶性能。Yb~(3+)离子在KYb_xY_(1-x)W晶体中的分凝系数接近1,随着Yb~(3+)离子掺杂浓度的增加,KYb_xY_(1-x)W晶体的密度逐渐增加(6.58-6.69g/cm~3),硬度逐渐减小(431-381N/mm~2)。KYb_xY_(1-x)W晶体在980nm处有最大的吸收截面和发射截面,同时晶体的发射峰有明显的红移现象。计算了晶体激光性能参数,计算结果表明KYb_(0.05)Y_(0.95)W晶体在1034 nm处具有最大的增益截面,其最小泵浦强度参数I_(min)为1.214KW·cm~(-2)。连续激光实验中,KYb_(0.05)Y_(0.95)W晶体实现了1.31W的连续激光输出,对应斜效率44.8%,光-光转换效率24.81%;KYb_(0.10)Y_(0.90)W晶体在输出耦合镜透过率1%,吸收泵浦功率达到8.802W时得到最大输出功率1.643W,对应斜效率32.9%,光-光转换效率22.01%;KYb_(0.15)Y_(0.85)W晶体和KYb_(0.20)Y_(0.80)W晶体斜效率均为23.0%,输出效率趋于饱和。
【学位单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O734
【部分图文】：

先进制造业,四大发明,激光材料,普通光源

第 1 章绪论第 1 章绪论1.1 研究背景激光作为 20 世纪四大发明之一，于 20 世纪 60 年代应运而生[1]，在这之后的五十多年，研究人员对激光材料和激光技术进行了深入的研究。与普通光源相比，由于激光具有单色性好、方向性好、相干性优和能量集中的优势[2]，被广泛的应用在科研技术、先进制造业、医疗和军事等领域[3-5]，如图 1.1 所示。

激光晶体

激光晶体发展的四大主流方向

吸收光谱,晶体结构,晶体

图 1.4 KYW 晶体结构图KYW 晶体的结构如图 1.4 所示。 KYW 晶体的晶胞参数为： a=1.064nm=1.035nm，c=0.754nm，β=130.5°，z=4，3 个晶体轴长度 a≠b≠c，属于单斜低对系，空间群为 C2/c[23]。KYW 晶体结构上的低对称性，使得晶体具有明显的各向，又由于 KYW 晶体中稀土离子 Y3+离子和 K+离子在晶体中的相互位置并不固定而晶体具有无序结构。当激活离子掺杂到 KYW 晶体中取代 Y3+离子时，该无序的光谱会被非均匀加宽[24]，继而晶体会有更宽的吸收光谱从而有利于对泵浦光源收，增强发光。外，KYW 晶体中的(WO4)2-基团能够将吸收的能量传递给掺杂的稀土离子，从而步提高发光效率。此外，KYW 晶体对稀土离子具有很好的匹配性，可以实现稀子的高浓度掺杂，这是因为 KYW 晶体本身的无序结构减小了掺杂离子半径失配的不利影响，又由于晶体中 W-O 键的共价键效应的存在减弱了稀土离子的荧光猝灭效应，使 KYW 晶体具有高掺杂能力[24-26]。KYW 晶体具有较高的发射截面，良好的物理机械性能以及优秀的激活离子匹

【参考文献】