Nd:YSAG单晶的结构、光谱和激光性能

发布时间：2017-12-26 02:17

  本文关键词：Nd:YSAG单晶的结构、光谱和激光性能　出处：《中国科学技术大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： Nd:YSAG 晶体生长 发光 吸收 X射线衍射 固体激光 辐照

【摘要】：Nd:YAG晶体是当前应用最广泛的激光工作物质,是高功率固体激光的首选激光工作介质,其有着高效率、低阈值、热学和机械性能优良等优点。但Nd3+离子在YAG中的有效分凝系数仅为0.2,在制备大体积高均匀性激光工作物质时成为重要的制约因素;同时该晶体的抗辐射性能也很差,影响了其在空间激光中的应用,另外Nd3+离子在高掺杂时会引起激光效率降低,且荧光谱线较窄,难以实现皮秒激光输出。在YAG晶体中通过Sc3+离子部分取代Al3+离子,可提高Nd3+离子的有效分凝系数,缓解高掺杂时的浓度猝灭,且仍能保持优良的激光性能。因此,本文以Nd:YSAG晶体为研究对象,研究了它的晶体生长工艺,检测了晶体质量,测定了它的分凝系数及晶体结构,研究了它在γ射线辐照前后的光谱和激光特性,主要结果如下:1)初步获得了 Nd:YSAG晶体的生长工艺,制备了 030mm×60mm的(1.55 at.%)Nd:YSAG晶体,X射线摇摆曲线半高全宽0.05。,结晶完整性较好;Nd3+离子在YSAG中的有效分凝系数为0.35,较在YAG中的0.2更有利于生长高均匀性大尺寸激光晶体。2)用Rietveld精修方法给出了 Nd:YSAG的结构数据。Nd:YSAG属空间群Ia3d,晶格参数a=12.2582A,Nd和Y占据Wykoff位置24c,Sc、Al、O原子分别占据 Wyckoff位置 16a、24d、96h,O 原子分数坐标为(0.0302,0.0512,0.6564)。3)研究了 Nd:YSAG晶体吸收和发光性能,Nd:YSAG在808.9nm吸收最强,吸收截面为1.176×10-19cm2,FWHM为2.8nm;它的跃迁强度参数Ω2、Ω4、Ω6=0.314×10-20cm2、3.78×10-20cm2、4.27×10-20cm2,来自于 4F3/2→4I11/2、4I9/2 的最强发射峰为 1059nm、942.6nm,发射截面分别为 1.1×10-19cm2、2.21×10-20cm2,比相应的Nd:YAG的跃迁在1064nm、946nm的发射截面0.98×10-19cm2、2.07×10-20cm2略高,表明Nd:YSAG具有和Nd:YAG相当或略好的激光性能。4)通过LD泵浦,在2mm×2mm×6mm的(1.55 at.%)Nd:YSAG晶体中实现了激光输出,激光阈值为0.85W,斜效率为21.1%,获得了最高1.1W的激光输出。5)在10Mradγ射线辐照后,Nd:YSAG在900nm～1500nm波段产生的额外吸收损耗非常小,约为10-2cm-1数量级,在808nmLD泵浦光处产生的额外吸收损耗约为0.15cm-1,4F3/2能级寿命由辐照前的233μs变为225μ3,辐照前的激光输出斜效率为18.6%,辐照后激光输出斜效率为18.0%。在这一辐照剂量下,Nd:YSAG的激光输出的稳定性优于Nd:YAG。结果表明Nd:YSAG的激光性能和Nd:YAG相近,但更大的有效分凝系数更有利于制备高均匀性大尺寸激光晶体元件,同时在10Mrad的γ射线辐照后激光性能稳定,初步表明该晶体具有一定的抗辐照性能。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O76;O734

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 彭方;张庆礼;王小飞;张会丽;丁守军;刘文鹏;罗建乔;孙敦陆;孙贵花;;Nd~(3+):SrY_2O_4粉体的制备、结构与光谱性能研究[J];物理学报;2016年01期

2 林悠优;李江涛;朱海永;廖小青;段延敏;章健;唐定远;;Nd:YAG陶瓷与单晶~4F_(3/2)-~4I_(13/2)跃迁的弱谱线多波长激光性能对比[J];物理学报;2015年20期

3 张庆礼;宁凯杰;丁丽华;刘文鹏;孙敦陆;江海河;殷绍唐;;Calculating Hamiltonian parameters for Yb~(3+) in a low-symmetry lattice site,and fitting the structure and levels of Yb~(3+) :TaO_4 (= Gd,Y,and Sc)[J];Chinese Physics B;2013年06期

4 高进云;张庆礼;孙敦陆;刘文鹏;杨华军;王小飞;殷绍唐;;从头计算法计算Yb~(3+)掺杂钽酸盐的晶体场参数和能级结构[J];物理学报;2013年01期

5 付在伟;衡月昆;祁鸣;黄品文;张怀金;王继扬;贾茹;钱森;李绍莉;陈晓辉;宁哲;;Scintillating properties of LiYSiO_4:Ce[J];中国物理C;2011年12期

6 冯涛;蔡虹;漆云凤;蒋丹宇;周军;楼祺洪;施剑林;;Nd：Y_3Sc_(1．5)Al_(3．5)O_(12)透明陶瓷的光谱性能以及激光输出[J];无机材料学报;2008年05期

7 薛迎红;王清月;柴路;刘庆文;赵广军;苏良碧;徐晓东;徐军;;LD抽运Yb:GSO实现1090nm低阈值激光运转[J];物理学报;2006年01期

8 张礼杰;雷鸣;李建立;王英伟;王宇明;刘景和;;Yb~(3+)∶KY(WO_4)_2晶体生长与光谱性能[J];中国稀土学报;2005年06期

9 夏海平,王金浩,曾宪林,章践立,张新民,聂秋华;ICP与吸收光谱测定LiNbO_3,Zn:LiNbO_3晶体中Cr~(3+)离子的分布及有效分凝系数[J];光谱学与光谱分析;2005年06期

10 赵圣之,陈磊,张路,张福军,Alexandra Rapaport,Michael Bass;Nd∶YAG晶体1.064μm受激发射截面随温度变化特性研究[J];光子学报;2004年02期

相关硕士学位论文 前1条

1 赵欣;LD端面泵浦Nd：YAG激光器的研究[D];天津大学;2006年

，

本文编号：1335398