Re3+摻雜氟化物激光晶體的坩堝下降法生長(zhǎng)研究.pdf

1、稀土摻雜氟化物晶體是探索新型固體激光材料的重要研究方向之一，高質(zhì)量大尺寸氟化物激光晶體生長(zhǎng)是實(shí)現(xiàn)固體激光器件及其應(yīng)用的技術(shù)前提，迄今國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)主要采用提拉法進(jìn)行氟化物激光晶體生長(zhǎng)，通常在密閉真空或 CF4氣氛下實(shí)施氟化物晶體生長(zhǎng)。Re3+離子摻雜 LiYF4晶體是獲得廣泛關(guān)注的氟化物激光材料，以 Re3+:LiYF4系列激光晶體為發(fā)光元件的固體激光器可實(shí)現(xiàn)從紅外到紫外波長(zhǎng)范圍內(nèi)的激光輸出。本學(xué)位論文工作開(kāi)展了多種稀土離子Re3+

2、摻雜 LiYF4晶體的坩堝下降法生長(zhǎng)研究，論文報(bào)道了系列 Re3+:LiYF4多晶料合成、大尺寸晶體生長(zhǎng)與光譜性能表征，本學(xué)位論文報(bào)道主要研究結(jié)果概述如下：
　　（1）Re3+摻雜氟化物多晶料的高溫固相合成：以高純 LiF、YF3、YbF3、NdF3、PrF3為初始試劑，按照LiF:ReF3: YF3=51.5: x:(48.5-x)的摩爾比制備配合料，在干燥 HF氣氛保護(hù)下配合料經(jīng)高溫固相反應(yīng)合成為Re3+: LiYF4復(fù)合氟化

3、物多晶料，所獲白色料錠實(shí)際為Re3+離子摻雜進(jìn)入 LiYF4晶格形成的無(wú)水固溶體多晶，能夠滿足生長(zhǎng)大尺寸透明 Re3+:LiYF4晶體的需要。
　　（2）Re3+摻雜氟化物晶體 Re3+:LiYF4的坩堝下降法生長(zhǎng)：采用高溫固相合成無(wú)水 Re3+:LiYF4多晶料，通過(guò)垂直坩堝下降法進(jìn)行系列 Re3+摻雜 LiYF4晶體生長(zhǎng)，爐體溫度控制在930~940℃，坩堝內(nèi)固液界面溫度梯度控制于30~40℃/cm，以0.6~0.8 mm/h

4、坩堝下降速率，在非真空密閉坩堝條件下成功生長(zhǎng)出較大尺寸系列氟化物 Re3+:LiYF4透明單晶，包括 Yb3+:LiYF4晶體、Nd3+:LiYF4晶體和Pr3+:LiYF4晶體。
　　（3）Re3+摻雜氟化物晶體 Re3+:LiYF4的材料化學(xué)研究：從所獲晶體毛坯加工出測(cè)試樣品，應(yīng)用X射線粉末衍射、差熱/熱重分析和 ICP-AES化學(xué)分析就所生長(zhǎng) Re3+:LiYF4晶體進(jìn)行了結(jié)晶物相、熱化學(xué)性質(zhì)和稀土摻雜濃度的分析測(cè)試，證實(shí)

5、Re3+離子能夠以適中分凝系數(shù)摻雜進(jìn)入LiYF4基質(zhì)晶體，還就晶體生長(zhǎng)過(guò)程所涉及的其它材料化學(xué)問(wèn)題進(jìn)行了分析討論。
　?。?）Re3+摻雜氟化物晶體 Re3+:LiYF4的光譜性能：測(cè)試了所獲 Re3+:LiYF4晶體的吸收光譜或透射光譜、熒光光譜、熒光衰減譜，研究了三種稀土離子摻雜 Re3+:LiYF4晶體的基本光譜特性。結(jié)果表明，Yb3+:LiYF4晶體在960 nm波長(zhǎng)處出現(xiàn)了較強(qiáng)較寬的吸收峰，在896nm波長(zhǎng)激發(fā)光作用下，

6、該晶體具有930-1030 nm波長(zhǎng)范圍的熒光發(fā)射，其熒光衰減壽命為1888μs；Nd3+: LiYF4晶體在400~1200 nm范圍內(nèi)出現(xiàn)Nd3+離子的系列特征吸收峰，吸收最強(qiáng)的峰位在806 nm處，在紅外激發(fā)光作用下可獲得930-1030 nm波長(zhǎng)范圍的熒光發(fā)射；觀察到Pr3+: LiYF4晶體在300~800 nm范圍內(nèi)Pr3+離子的系列特征吸收峰。
　　除了報(bào)道 Re3+:LiYF4系列激光晶體的材料制備與光譜性能研究外