Cr,Yb:YAG激光晶体的光谱性质研究开题报告

近年来 , 激光二极管( L D ) 泵浦的被动调Q激光器引起了人们的极大关注，已经成功地应用于被动调Q激光器的可饱和吸收体主要有掺Cr⁴ 晶体，染料，和LIF：F色心晶体等。然而,染料由于其热稳定性差而容易化, 且需要一套复杂的冷却系统来保证其 连续抽运运行,色心晶体通常表现出色心衰退的现象而不适合于长寿命的激光应用。而Cr4 掺杂的晶体作为被动Q开关吸引了大量关注。

近来发展起来的掺Cr ⁴ 离子的晶体如Cr ⁴ : YA G，C r ⁴ : Mg₂SiO₄、Cr⁴ : CSGG和Cr ⁴ : YSO等作为掺Nd³ 离子固体激光器的被动调Q开关引起人们的极大兴。它们 具有优良的光学，化学和热稳定性, 以及大的吸收截面、低的饱和强度和高的损伤闭值等优点 , 可以作为脉冲激光和连续激光的Q开关。尤其是 Cr ⁴ : Y AG晶体 ,是被动调Q开关的理想材料, 特别适用于高功率和高重复频率激光器,当 YAG 晶体中同时掺杂 Yd和 Cr时 ,增益介质和可饱和吸收体的特性被结合到一起,从而实现了晶体的自调Q运行。

而随着 1μm 左右高功率、结构紧凑激光二极管泵浦源的出现 , 掺 Yb ³ 激光材料引起了人们极大的兴趣。由于 Yb ³ 激活离子的能级结构简单 , 量子效率高,荧光寿命长能有效存储能量,同时它的吸收带在 900 ～ 1 100 nm ,能与 InGaAs 泵浦源有效耦合 , 且吸收峰较宽, 很适合作高功率固体激光增益介质的激活中心 。

Yb :YAG晶体由于具有良好的光谱性能、优异的光学 、热力学和机械性能而成为掺 Yb ³ 激光晶体的佼佼者 ,而被视为发展高效 ,高功率固体激光器的一个主要途径。Cr⁴ : YAG 具有优良的光学 、化学和热稳定性 ,以及大的吸收截面 、低的饱和强度和高的损伤阈值 等优点,是被动调Q开关的理想材料特别适用于高功率和高重复率激光器。因此，本文主要研究了Cr, Yb :YAG 晶体的荧光光谱，并通过不同掺杂浓度的Cr的Cr，Yb:YAG晶体，研究了晶体的光谱特性以及Cr的含量对晶体光谱特性的影响。通过对Cr,Yb:YAG晶体性质的研究为晶体在自调Q激光器领域的合理应用提供依据。

一．一.采用中频感应提拉法生长Cr, Yb :YAG 晶体。

（1） (1)先将各高纯氧化物粉末在空气中适当的预干燥 , 然后按化学计量比严格称量 , 称量精度为10 m g , 并研磨均匀.

（2） (2)加压成直径略小于坩埚内径的块体 , 在空气中1350 °C 恒温预烧数小时后装入 铱坩埚中开始生长晶体 .

（3） (3)从炉中取出的晶体毛坯为蓝绿色 , 为了消除毛坯中的色心和应力，使用晶体的退 火工艺 。理想的退火工艺如下 : 在氧气气氛中缓慢升温至1400°C , 并保温36 h , 然后以 10° C / h 的速率缓慢降至室温 , 而 Cr , Yb: YAG晶体的颜色变为褐色。

（4） (4)样品经 X-ray 定向仪定向 ,垂直于生长方向〈111〉方向切割, 样品经粗、细磨和抛光 ,厚度为 0. 5 mm 。

二．二.荧光光谱的测试

（1） (1)荧光光谱和荧光寿命的测试用法国 Jobin —Yv on Spex 公司生产的 TRIAX 550 荧光光谱仪, 激光源的工作中心波长为 940 nm , 日本东芝公司的 V —1050F 100 M Hz 型示波器用来观察和记录信号 。

三三.X射线荧光的测试

(1)激发发射光谱实验是在上海硅酸盐研究所自行研制的 X 射线光谱仪上完成的。X 射线管工作电 压为 40 ～ 60 kV ,工作电流为 4 mA , 测试在室温下进行。

四．研究Cr,Yb: YAG晶体中Yb离子与Cr离子之间的能量转移并得到能级图.

五．对光谱参数进行比较分析, 研究不同Cr掺杂浓度对晶体光谱性能的影响，预测晶体的自调Q激光性能