Nd：YbVO-,4-激光晶體的結(jié)構(gòu)及光譜熱學(xué)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?yàn)槠鋬?yōu)良的光學(xué)、物化、機(jī)械和熱學(xué)等性能而成為研究的重點(diǎn)，并得到應(yīng)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(jí)，且其808nm的吸收峰與泵浦源的泵浦波長(zhǎng)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(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有良好的光學(xué)均勻性和熱學(xué)特性。綜上，對(duì)該晶體的研究不但完備了對(duì)摻稀土離子釩酸鹽晶體的光學(xué)和熱學(xué)性能認(rèn)識(shí)，而且為下一步的激光特性打下基礎(chǔ)。本論文主要研究如下： 一、總結(jié)了固體激光器的發(fā)展過程、應(yīng)用、特點(diǎn)，從激光晶體的分類、優(yōu)良的激光晶體所具備的特點(diǎn)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(shì)。總結(jié)了Nd3+離子作為摻雜離子在晶體中的發(fā)光特點(diǎn)以及各種摻Nd3+離子的激光晶體在應(yīng)用上的優(yōu)缺點(diǎn)。 二、介紹了晶體的晶格振動(dòng)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(diǎn)，并對(duì)振動(dòng)光譜的選擇定則進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。通過商群理論，對(duì)Nd：YbVO4晶體的簡(jiǎn)正振動(dòng)模進(jìn)行了分類，確定了晶體的拉曼活性振動(dòng)模，分別為5A1g、7B1g、2B2g、10Eg，以及紅外活性振

4、動(dòng)模，分別為2A2g、9Eu，并利用共焦顯微拉曼光譜儀通過選取四個(gè)不同的幾何配置測(cè)得了其偏振拉曼光譜，利用紅外光譜儀測(cè)量了紅外吸收光譜，并指認(rèn)了各拉曼和紅外活性振動(dòng)模所對(duì)應(yīng)的振動(dòng)頻率，確認(rèn)了YbVO4晶體適宜Nd3+離子的摻雜。全面的研究了VO43-離子集團(tuán)的振動(dòng)方式。 三、介紹了J-O理論及公式，測(cè)量了Nd：YbVO4晶體的紫外.可見.近紅外吸收譜，得到了中心波長(zhǎng)為808nm吸收峰的半高寬為12nm，并在J-O理論的基礎(chǔ)上，計(jì)

5、算了晶體的光學(xué)參數(shù)，其三個(gè)晶場(chǎng)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(jí)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(cè)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(cè)量了在1020、1062nm發(fā)射

6、的晶體的激發(fā)譜。 四、簡(jiǎn)單的介紹了物質(zhì)熱膨脹的物理意義，實(shí)驗(yàn)中測(cè)量了Nd：YbVO4晶體三個(gè)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(shí)驗(yàn)中得到的定壓比熱為129.46-186.99 J/K·mol。列舉了熱傳導(dǎo)的宏觀與微觀規(guī)律，利用晶體的密度和比熱計(jì)算了熱導(dǎo)率，得出a向和c向的熱導(dǎo)率都隨溫度的升高而降低，且c向的熱導(dǎo)率高于a向，比較了幾種