Nd：YbVO-,4-激光晶體的結構及光譜熱學性質(zhì)研究.pdf

1、晶體作為固體激光器的主要物質(zhì)之一，因為其優(yōu)良的光學、物化、機械和熱學等性能而成為研究的重點，并得到應用與發(fā)展。自1961年首次觀察到Nd3+離子在CaWO4晶體中的激光輸出以來，Nd3+離子由于其豐富的離子能級，且其808nm的吸收峰與泵浦源的泵浦波長相匹配，以及較大的吸收和發(fā)射截面的特性，成為激光晶體中普遍使用的激活離子。Nd3+離子摻雜到不同的釩酸鹽基質(zhì)晶體中，其中Nd：YVO4晶體已經(jīng)成為商用中小型激光器的主要材料，而Nd：GdV

2、O4晶體則更適用于高功率LD泵浦的固體激光器。我們所研究的Nd：YbVO4晶體作為一種新型的摻Nd3+離子的激光晶體，其易于加工，化學性質(zhì)穩(wěn)定，具有良好的光學均勻性和熱學特性。綜上，對該晶體的研究不但完備了對摻稀土離子釩酸鹽晶體的光學和熱學性能認識，而且為下一步的激光特性打下基礎。本論文主要研究如下： 一、總結了固體激光器的發(fā)展過程、應用、特點，從激光晶體的分類、優(yōu)良的激光晶體所具備的特點入手說明了晶體作為固體激光器工作物質(zhì)之一

3、的優(yōu)勢?？偨Y了Nd3+離子作為摻雜離子在晶體中的發(fā)光特點以及各種摻Nd3+離子的激光晶體在應用上的優(yōu)缺點。 二、介紹了晶體的晶格振動光譜，包括拉曼光譜和紅外吸收光譜。介紹了拉曼光譜的的經(jīng)典和量子理論，并與紅外吸收光譜相比較，明確了其各自的特點，并對振動光譜的選擇定則進行了詳細的闡述。通過商群理論，對Nd：YbVO4晶體的簡正振動模進行了分類，確定了晶體的拉曼活性振動模，分別為5A1g、7B1g、2B2g、10Eg，以及紅外活性振

4、動模，分別為2A2g、9Eu，并利用共焦顯微拉曼光譜儀通過選取四個不同的幾何配置測得了其偏振拉曼光譜，利用紅外光譜儀測量了紅外吸收光譜，并指認了各拉曼和紅外活性振動模所對應的振動頻率，確認了YbVO4晶體適宜Nd3+離子的摻雜。全面的研究了VO43-離子集團的振動方式。 三、介紹了J-O理論及公式，測量了Nd：YbVO4晶體的紫外.可見.近紅外吸收譜，得到了中心波長為808nm吸收峰的半高寬為12nm，并在J-O理論的基礎上，計

5、算了晶體的光學參數(shù)，其三個晶場參數(shù)分別為Ω2=6.88945×10-20cm2、Ω=4.13394×10-20cm2、Ω=4.54503x 10-20cm2，并由此得到4F3/2能級的熒光壽命為178.69 μs，1062nm處的熒光分支比為48.85％，積分發(fā)射截面為2.7867×10-18cm2。分別在808nm、940nm激發(fā)下測得晶體室溫發(fā)射譜，觀察到了Nd→Yb以及Nd←Yb間的能量傳遞現(xiàn)象，測量了在1020、1062nm發(fā)射

6、的晶體的激發(fā)譜。 四、簡單的介紹了物質(zhì)熱膨脹的物理意義，實驗中測量了Nd：YbVO4晶體三個方向的熱膨脹系數(shù)，分別為αa=2.5×10-6/K、αb=2.6×10-6/K、αc=8.7×10-6/K。闡述了固體的熱容與比熱，實驗中得到的定壓比熱為129.46-186.99 J/K·mol。列舉了熱傳導的宏觀與微觀規(guī)律，利用晶體的密度和比熱計算了熱導率，得出a向和c向的熱導率都隨溫度的升高而降低，且c向的熱導率高于a向，比較了幾種