Tm3+摻雜LiReF4(Re=Y,Lu)氟化物單晶的紅外光學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、輸出波長為1.8~2.0μm的固體激光器廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、通信和軍事等領(lǐng)域?，F(xiàn)階段研究的重點集中于尋找大尺寸、高質(zhì)量、高光學(xué)性能激光材料。為獲得上述激光材料，本文利用坩堝下降法制備了不同摩爾濃度 Tm3+摻雜的LiYF4和LiLuF4晶體材料，旨在研究如何利用優(yōu)選的Tm3+摻雜濃度值，獲得1.8~2.0μm波段具備最佳激光性能的激光材料。本文結(jié)合 Tm3+離子的能級結(jié)構(gòu)、離子間的交叉弛豫效應(yīng)(3H6,3H4→3F4,3F4)和濃度猝滅效應(yīng)

2、系統(tǒng)的分析了不同 Tm3+摻雜濃度的氟化物晶體材料的熒光特性、熒光衰減壽命及量子效率等激光性能參數(shù)。
　　本文第一章介紹了Tm3+離子單摻和Tm3+/Ho3+離子共摻固體激光器的研究現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)并沒有研究從優(yōu)選 Tm3+摻雜濃度值的角度去尋找獲得1.8~2.0μm波段最佳激光性能的氟化物激光材料。本文第二章詳細(xì)介紹了實驗所用原料、氟化物單晶的生長方法、晶體生長工藝參數(shù)。
　　本文第三章和第四章系統(tǒng)地分析了不同濃度摻雜的Tm3+

3、:LiYF4及Tm3+:LiLuF4晶體材料的光學(xué)特性，評估材料在1.8~2.0μm波段激光器的潛在應(yīng)用價值。根據(jù) Judd-Ofelt理論得到了不同 Tm3+濃度摻雜的氟化物材料的有效強(qiáng)度參數(shù)Ωeff(Ω6,Ω4,Ω2)和3F4能級對應(yīng)的理論輻射壽命τrad，發(fā)現(xiàn)隨著 Tm3+濃度的增大，氟化物材料的τrad值不斷減小。對不同濃度 Tm3+摻雜的LiYF4和LiLuF4晶體材料在1.8~2.0μm波段附近的熒光特性的研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)Tm3

4、+的摻雜濃度從0.29 mol％增大到3.49 mol%時，Tm3+:LiYF4晶體材料的熒光強(qiáng)度和熒光衰減壽命都隨著 Tm3+濃度的不斷增大呈現(xiàn)先增后減的趨勢，濃度為1.28 mol%的Tm3+:LiYF4樣品具有最好的熒光特性，其熒光壽命為17.68 ms，在1.909μm處獲得最大發(fā)射截面（3.76×10-21 cm2）且該樣品的最大量子效率達(dá)到了147%；當(dāng) Tm3+的摻雜濃度從0.45 mol%增大到3.25 mol%時，Tm

5、3+:LiLuF4晶體材料的熒光衰減壽命隨著Tm3+濃度的增大而不斷減小，0.45 mol%的樣品取得了最大的熒光壽命(12.78 ms)，Tm3+:LiLuF4材料的熒光強(qiáng)度隨著 Tm3+濃度的不斷增大而先增后減，0.90 mol%的樣品具有最強(qiáng)的熒光強(qiáng)度，該樣品的熒光壽命為11.99 ms，且在1.89μm處取得最大發(fā)射截面（0.392×10-20 cm2），最大量子效率為120%。
　　在 LiYF4晶體中得到最佳 Tm3+

6、摻雜濃度的基礎(chǔ)上，第五章探究了與不同濃度的Ho3+(0.5,1.01,1.51 mol%)的共摻晶體樣品的光學(xué)特性，研究發(fā)現(xiàn)1.28 mol%Tm3+/1.51 mol%Ho3+:LiYF4晶體樣品具備最好的熒光發(fā)射特性，其發(fā)射截面在2.052μm處取得了最大值為0.760×10–20 cm2，5I7能級的熒光輻射壽命達(dá)到了21.97 ms，更利于2.0μm波段的激光輸出。
　　研究結(jié)果表明1.28 mol%Tm3+:LiYF4、

7、0.90 mol%Tm3+:LiLuF4及1.28 mol%Tm3+/1.51 mol%Ho3+:LiYF4的氟化物晶體材料在1.8~2.0μm波段的激光材料應(yīng)用中具備更大的優(yōu)勢，這為大尺寸、高質(zhì)量、高光學(xué)性能激光材料的獲取提供了更優(yōu)的選擇方案。
　　的樣品具有最強(qiáng)的熒光強(qiáng)度，該樣品的熒光壽命為11.99 ms，且在1.89μm處取得最大發(fā)射截面（0.392×10-20 cm2），最大量子效率為120%。
　　在 LiYF4

8、晶體中得到最佳 Tm3+摻雜濃度的基礎(chǔ)上，第五章探究了與不同濃度的Ho3+(0.5,1.01,1.51 mol%)的共摻晶體樣品的光學(xué)特性，研究發(fā)現(xiàn)1.28 mol%Tm3+/1.51 mol%Ho3+:LiYF4晶體樣品具備最好的熒光發(fā)射特性，其發(fā)射截面在2.052μm處取得了最大值為0.760×10–20 cm2，5I7能級的熒光輻射壽命達(dá)到了21.97 ms，更利于2.0μm波段的激光輸出。
　　研究結(jié)果表明1.28 mol