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文檔簡介
1、激光器在人們的日常?;钪邪缪葜絹碓街匾慕巧?。自1960年第一臺激光器運(yùn)轉(zhuǎn)以來,激光的應(yīng)用已遍及人們社會經(jīng)濟(jì)?;畹拿恳粋€(gè)角落,包括光通信在內(nèi)的激光技術(shù),在不到50年的時(shí)問內(nèi),已經(jīng)改變了整個(gè)世界的面貌。激光技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合,將人類居住的碩大星球變成了一個(gè)“地球村”。鎢酸鹽晶體是一個(gè)研究較早的激光晶體系列,Nd:CaWO<,4>是最早實(shí)現(xiàn)激光運(yùn)轉(zhuǎn)的激光晶體之一。雙鎢酸鹽晶體按照堿金屬離了的不同,呈現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu)和結(jié)晶特性。Kre(WO
2、<,4>)<,2>一類晶體屬單斜晶系,空間群為C2/c。由于本論文的研究背景是基于國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目“低對稱激光晶體和晶體物理基礎(chǔ)研究”,低對稱的雙鎢酸鹽激光晶體是我們的豐要研究對象。這類晶體的結(jié)構(gòu)中強(qiáng)烈的各向異性,使它們的牛長和性質(zhì)也呈現(xiàn)出新的特性。本文通過大量的實(shí)驗(yàn)工作,對單斜雙鎢酸鉀鹽的牛長、表征及激光特性作了較完整的研究,豐要內(nèi)容包括: (1)采用頂端籽晶法成功地牛長了多種Kre(WO<,4>)<,2>(KReW)
3、晶體,實(shí)際牛長的晶體包括:Er,Sm,Tm,Dy,Ho,Er:Yb雙摻,Ho,Yb雙摻的KLuW以及Nd:KYbW晶體等,最大尺寸可達(dá)60×40×25ram<'3>,質(zhì)量為120g。除此之外,還成功地牛長了幾種較大尺寸的國際上報(bào)道甚少的難長晶體:如RbGd(WO<,4>)<,2>,NaLu(WO<,4>)<,2>等,并摸索出一種在晶體生長過程中繼續(xù)優(yōu)化籽晶的方法,解決了頂部籽晶法難以獲得高質(zhì)量較大尺寸籽晶的問題。 (2)單斜
4、KReW晶體的結(jié)構(gòu)表征,牛長形貌預(yù)測。 用四圓衍射儀解析了RGW,KLuW晶體的結(jié)構(gòu),用粉末法解析了各種稀土摻雜的KLuW晶體的結(jié)構(gòu),用全譜擬合方法研究了Nd:KLuW晶體結(jié)構(gòu)隨溫度的變化關(guān)系,并確定在800℃-900℃之間有一個(gè)相變點(diǎn)。用BDFH,Wolff,PBC等理論預(yù)測了此類晶體的理想生長形貌,并與實(shí)際生長的晶體形貌進(jìn)行了對比,得出了最佳生長方向及降溫速率。 (3)雙鎢酸鹽晶體的牛長機(jī)理及缺陷研究。
5、 用光學(xué)顯微鏡及原子力顯微鏡于段研究了KLuW的平坦面及臺階面,在(IlO)平坦面上重復(fù)發(fā)現(xiàn)螺旋位錯(cuò)及二維核生長源,因而確定其為螺旋位錯(cuò)及二維核協(xié)同機(jī)制生長;另外在(310)等臺階面上發(fā)現(xiàn)人量直臺階列,從而確定其以階流生長機(jī)制生長。除此之外,我們用光學(xué)顯微鏡研究了不同降溫速率生長的自然面,發(fā)現(xiàn)了各種不同形式的宏觀缺陷,如云層,包裹體,負(fù)晶,巒晶界,扇形界等,并對其形成機(jī)理進(jìn)行了分析,從而為進(jìn)一步改善生長工藝提供了科學(xué)依據(jù)。
6、 (4)熱學(xué)性質(zhì) 對低對稱性單斜晶體Yb:KLuW的熱學(xué)性質(zhì)作了全面的研究,主要包括:比熱,差熱,熱重,熱膨脹,熱擴(kuò)散系數(shù),熱導(dǎo)等的測量,而且計(jì)算了它們在低對稱結(jié)構(gòu)中所展示的特有的各向異性,以及各向異性隨溫度變化的規(guī)律。Yb:Klu(WO<,4>)<,2>晶體在25℃時(shí)沿[205]結(jié)晶學(xué)方向熱導(dǎo)率達(dá)到最大值4.4W/m·K。另外還測量了KGw、RGW以及各種稀土離予摻雜的Kluw晶體的部分熱學(xué)性質(zhì)。 (5)光學(xué)主軸和折射
7、率 測量了Klu(WO<,4>)<,2>晶體的折射率,Yb:KLuW與Nd:KLuW晶體的折射率相差不大。波長為632.8nm時(shí),沿Ng、Nm、Np方向的折射率分別為2.1129、2.0577和2.0192;而當(dāng)波長為1539nm時(shí),沿Ng、Nm、Np方向的折射率分別為2.0633、2.0128和1.9790。確定了晶體光學(xué)主軸與晶體學(xué)主軸之間的關(guān)系,N<,g>與結(jié)晶學(xué)c軸之間的夾角為13°,Nm與結(jié)晶學(xué)a軸之間的夾角為53.
8、7°。 (6)測量了各種稀土離予摻雜的KLuW晶體的吸收和發(fā)射光譜,并根據(jù)J-O理論計(jì)算了光譜參數(shù),預(yù)測了其激光性能。 (7) 已搭建起晶體的脈沖拉曼測試系統(tǒng),能夠?qū)庾V、增益系數(shù)、頻移量、閾值、轉(zhuǎn)換效率等進(jìn)行準(zhǔn)確測量,已對多塊BaWO<,4>、SrWO<,4>、YVO<,4>晶體進(jìn)行了測量,同樣可用于低對稱晶體KReW的拉曼研究。 激光二極管泵浦的拉曼實(shí)驗(yàn)方面,已準(zhǔn)備了一批腔鏡。目前初步實(shí)現(xiàn)了Nd:KR
9、eW晶體1.06gm基頻連續(xù)輸出,功率達(dá)到5W。 (8)Nd:KLuW和Yb:KLuW晶體激光性能的測試 A.二極管泵浦的連續(xù)可調(diào)諧Yb:KLuW全固態(tài)激光器 閾值功率分別為0.39,0.57,0.8lW。當(dāng)泵浦功率為6.8W時(shí),達(dá)到3.28W激光輸出,光-光效率48.2%,斜效率78.2%,如果晶體鍍膜,可達(dá)更高輸出。@B.二極管泵浦的Yb:KLuW被動調(diào)Q及拉曼輸出7W泵浦時(shí),獲得1.3w總輸出,其中
10、拉曼輸出0.4W?;l,拉曼輸出的光-光轉(zhuǎn)換效率分別為32.1%、14.1%,在28kHz脈沖重復(fù)頻率下:最大基頻(1030.6nm)脈沖能量達(dá)32.4uJ,脈沖壽命1.41ns,從而算出峰值功率23kW;最大拉曼(1137.6nm)脈沖能量達(dá)14.4uJ,脈沖壽命0.7Ins,峰值功率達(dá)15.2kW.。脈沖能量及峰值功率比文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)大一個(gè)數(shù)量級。即使相同的脈沖壽命也要大3-4倍。如果晶體鍍膜,厚度優(yōu)化,基頻及拉曼輸出鏡優(yōu)化之后,輸出性能
11、定會大大改善。國際上著名的Photonics Spectra雜志對該論文進(jìn)行了報(bào)道和評述,認(rèn)為該項(xiàng)成果具有重大商業(yè)價(jià)值。 C.二極管泵浦的Nd:KLuW激光器研究 進(jìn)行了激光二極管泵浦Nd:KLuW晶體的研究。在晶體未鍍膜情況下,用lmm的樣品獲得了746mw的激光輸出,斜率效率為26.1%,閾值僅為24mW,輸出效率比Nd:KGw和Kaminskii在1992年報(bào)導(dǎo)的用10mm厚的的樣品所獲得的光一光轉(zhuǎn)換效率為20%都
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