Re3+摻雜氟化物激光晶體的坩堝下降法生長研究.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是實現(xiàn)固體激光器件及其應(yīng)用的技術(shù)前提，迄今國內(nèi)外相關(guān)研究機構(gòu)主要采用提拉法進行氟化物激光晶體生長，通常在密閉真空或 CF4氣氛下實施氟化物晶體生長。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現(xiàn)從紅外到紫外波長范圍內(nèi)的激光輸出。本學位論文工作開展了多種稀土離子Re3+

2、摻雜 LiYF4晶體的坩堝下降法生長研究，論文報道了系列 Re3+:LiYF4多晶料合成、大尺寸晶體生長與光譜性能表征，本學位論文報道主要研究結(jié)果概述如下：
　?。?）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氣氛保護下配合料經(jīng)高溫固相反應(yīng)合成為Re3+: LiYF4復合氟化

3、物多晶料，所獲白色料錠實際為Re3+離子摻雜進入 LiYF4晶格形成的無水固溶體多晶，能夠滿足生長大尺寸透明 Re3+:LiYF4晶體的需要。
　?。?）Re3+摻雜氟化物晶體 Re3+:LiYF4的坩堝下降法生長：采用高溫固相合成無水 Re3+:LiYF4多晶料，通過垂直坩堝下降法進行系列 Re3+摻雜 LiYF4晶體生長，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。
　?。?）Re3+摻雜氟化物晶體 Re3+:LiYF4的材料化學研究：從所獲晶體毛坯加工出測試樣品，應(yīng)用X射線粉末衍射、差熱/熱重分析和 ICP-AES化學分析就所生長 Re3+:LiYF4晶體進行了結(jié)晶物相、熱化學性質(zhì)和稀土摻雜濃度的分析測試，證實

5、Re3+離子能夠以適中分凝系數(shù)摻雜進入LiYF4基質(zhì)晶體，還就晶體生長過程所涉及的其它材料化學問題進行了分析討論。
　?。?）Re3+摻雜氟化物晶體 Re3+:LiYF4的光譜性能：測試了所獲 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波長處出現(xiàn)了較強較寬的吸收峰，在896nm波長激發(fā)光作用下，

6、該晶體具有930-1030 nm波長范圍的熒光發(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。
　　除了報道 Re3+:LiYF4系列激光晶體的材料制備與光譜性能研究外