Yb-YAG晶體水平定向結(jié)晶法生長(zhǎng)及其退火變色機(jī)理研究.pdf

1、Yb:YAG晶體以其優(yōu)異的熱學(xué)、機(jī)械、光學(xué)、激光性能成為新的研究熱點(diǎn)，被視為發(fā)展高效率、大功率固體激光器的一個(gè)主要方向，成為當(dāng)前最有發(fā)展前景的全固態(tài)激光器工作物質(zhì)。在軍事、民用、材料、信息等領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，迫切需要大尺寸、高品質(zhì)Yb:YAG晶體材料。但傳統(tǒng)生長(zhǎng)方法、工藝難以滿足要求，故本論文國(guó)內(nèi)首次采用水平定向結(jié)晶法生長(zhǎng)Yb:YAG晶體。
　　對(duì)烏克蘭UKAK-2型單晶生長(zhǎng)爐充分研究后進(jìn)行了改進(jìn)。經(jīng)過(guò)一系列準(zhǔn)備工作、合適晶體生長(zhǎng)

2、工藝參數(shù)探究等階段后，最終生長(zhǎng)出總體完整性較好、尺寸為170mm×150mm×30mm的板狀8at.％Yb:YAG單晶。
　　真空氣氛下生長(zhǎng)出的Yb:YAG晶體因存在色心呈藍(lán)綠色，1400℃退火后色心消失。對(duì)兩種晶體進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)表征，結(jié)果表明晶體中無(wú)雜相、品質(zhì)較好。腐蝕后形貌分析發(fā)現(xiàn)退火后晶體內(nèi)應(yīng)力釋放、到達(dá)表面的位錯(cuò)增加，更易被腐蝕，表面粗糙度大、顯微鏡下腐蝕坑數(shù)量多。針對(duì)目前色心形成機(jī)理尚不明確的問(wèn)題，探究900℃、1000℃

3、、1100℃和1400℃不同溫度退火5小時(shí)以及900℃下5小時(shí)、10小時(shí)、20小時(shí)、30小時(shí)和40小時(shí)不同退火時(shí)間對(duì)晶體光學(xué)性能的影響。結(jié)果表明近紅外區(qū)域900nm～1050nm范圍內(nèi)三處吸收峰一直存在，為Yb:YAG本征吸收峰，不同條件下僅強(qiáng)度發(fā)生變化；色心引起385nm和645nm兩處吸收峰，由氧空位及Yb3+還原為Yb2+引起，適當(dāng)條件退火后晶體變?yōu)闊o(wú)色透明，色心消除，兩吸收峰同時(shí)消失；在485nm和1029nm附近存在兩處熒光發(fā)

4、射峰，強(qiáng)度較弱，1100℃退火后熒光強(qiáng)度最大；退火時(shí)間及溫度的增加有助于提高熒光壽命，900℃退火40小時(shí)值最大；電子順磁共振譜結(jié)果與吸收光譜一一對(duì)應(yīng)。
　　利用第一性原理模擬分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象本質(zhì)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)摻雜濃度及存在氧空位情況分別建模，對(duì)比分析晶格常數(shù)、能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度、光學(xué)性能變化情況，證實(shí)氧空位造成禁帶寬度減小，大部分原子各軌道電子態(tài)移動(dòng)；結(jié)合吸收光譜實(shí)驗(yàn)，確定385nm處吸收峰是氧空位造成的，645nm處吸收峰是Yb3+變價(jià)