雙鎢酸鹽拉曼激光晶體的生長(zhǎng)及物性研究.pdf

1、一般而言，研究新波長(zhǎng)的激光有兩個(gè)方向：一是探索新的激光晶體；二是通過(guò)非線性介質(zhì)對(duì)已有的波長(zhǎng)進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換。目前采用激光拉曼技術(shù)建立的全固態(tài)拉曼激光器成為研究的一個(gè)熱點(diǎn)。拉曼激光介質(zhì)是拉曼激光器進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換的核心部分，因此研究高質(zhì)量的、穩(wěn)定高效的拉曼激光晶體成為材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。KGd(WO4)2(KGW)晶體和KY(WO4)2(KYW)晶體很早就被證實(shí)為高效實(shí)用化的拉曼激光晶體。尤其是摻雜釹離子的KGW晶體得到了詳盡的研究，H.M.

2、Pask采用Nd：KGW晶體實(shí)現(xiàn)了自拉曼連續(xù)激光運(yùn)轉(zhuǎn)，獲得了800mW的散射光輸出。KGW晶體屬于單斜晶系，由于結(jié)構(gòu)的低對(duì)稱性使得它的物理性質(zhì)出現(xiàn)各項(xiàng)異性，KGW晶體還具有優(yōu)良的激光、物理和化學(xué)性質(zhì)，被認(rèn)為是理想的激光基質(zhì)材料。KLuW和KYbW晶體與KGW晶體同屬于單斜晶系，具有相近的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)。對(duì)這一系列晶體進(jìn)行系統(tǒng)充分的研究，具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。 本論文的主要研究?jī)?nèi)容包括： 一、單斜雙鎢酸鹽類晶體的生長(zhǎng)：

3、目前已經(jīng)能夠穩(wěn)定且重復(fù)的生長(zhǎng)出高質(zhì)量大尺寸的單斜雙鎢酸鉀鹽類晶體，包括KLuW,KYbw,Nd：KLuW,Tb：KLuW,Yb，Tm：KLuW等晶體，采用c向籽晶進(jìn)行生長(zhǎng)，晶體利用率高，能夠加工出滿足受激拉曼實(shí)驗(yàn)要求的樣品；四方雙鎢酸鈉鹽類晶體(NaLuW,NaYbW,NaTmW)的生長(zhǎng)：已經(jīng)生長(zhǎng)出較大的能夠滿足基本光譜及熱學(xué)測(cè)試的晶體；探索生長(zhǎng)了KxNa1-xLuW類和KLuxGd1-xW類晶體的生長(zhǎng)。上述晶體因?yàn)樵谌埸c(diǎn)一下有玻璃相轉(zhuǎn)

4、變溫度，所以不能采用提拉法進(jìn)行生長(zhǎng)。本文中我們采用的是高溫溶液法中的頂部籽晶法進(jìn)行生長(zhǎng)。 二、測(cè)試了晶體的基本性質(zhì)，包括密度、折射率、元素分析和晶體缺陷等。采用浮力法測(cè)試的KYbW晶體密度為7.56g·cm-3，與理論計(jì)算的結(jié)果(7.61g·cm-3)相近；采用棱鏡耦合儀測(cè)試了晶體的折射率，計(jì)算出光軸角V＜45°，可知晶體光性符號(hào)為正光性。因?yàn)闇y(cè)量不同的物理性質(zhì)需要在不同的坐標(biāo)系統(tǒng)中進(jìn)行，同時(shí)要考慮到不同的加工方向，對(duì)于低對(duì)稱性

5、晶體方向的選擇尤為重要，我們將五種坐標(biāo)系進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，總括的分析了單斜晶系晶體的各向異性。三、采用高溫X射線粉末衍射方法結(jié)合差熱和熱重實(shí)驗(yàn)，分析KYbW晶體和Nd：NaLuW晶體的結(jié)構(gòu)及相變信息，所做的實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合：在高溫X射線粉末衍射實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)了兩次峰形的較大變化，一次(1000℃-1100℃)是因?yàn)榘l(fā)生了熔化，一次(800℃-900℃)是發(fā)生了相變；差熱實(shí)驗(yàn)中同樣出現(xiàn)兩個(gè)吸熱峰，分別對(duì)應(yīng)熔化峰(1000℃-1100℃)和二級(jí)相變

6、吸熱(800℃-900℃)。而且兩種實(shí)驗(yàn)發(fā)生的溫度范圍吻合，說(shuō)明KLuW系列晶體及Nd：NaLuW(NaYbw，NaTmW)晶體在熔點(diǎn)以下都存在二級(jí)相變，溫度區(qū)間為800℃-900℃。熱重曲線中，只能看出熔化后的失重，二級(jí)相變時(shí)曲線未有變化。 四、研究了晶體的熱學(xué)性質(zhì)，其中包括晶體的差熱和熱重分析、比熱、熱膨脹、密度隨溫度的變化、熱擴(kuò)散系數(shù)和熱導(dǎo)率。由熱膨脹曲線擬和了KYbW晶體的密度隨溫度變化的曲線，在測(cè)試溫度范圍內(nèi)晶體的密度

7、從7.555g/cm3變化到7.463g/cm3。通過(guò)熱膨脹及熱擴(kuò)散系數(shù)的實(shí)驗(yàn)，看出單斜雙鎢酸鹽類晶體的物理性質(zhì)確實(shí)具有較大的各項(xiàng)異性。 五、主要研究了Nd3+摻雜的各類晶體的光譜性質(zhì)，采用J-O理論對(duì)光譜參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并把各類晶體的主要參數(shù)進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示KLuW晶體在這一系列晶體中性能優(yōu)良：同時(shí)研究了不同摻雜離子的晶體的光譜特性，探索輸出激光的可行性。 六、測(cè)試了晶體不同幾何配置下的普通拉曼光譜和紅外吸收譜，根據(jù)

8、空間群理論分析了晶體的晶格振動(dòng)模式并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較，對(duì)觀察到的振動(dòng)模進(jìn)行了指認(rèn)。在X(ZZ)X配置下，觀察到了兩個(gè)強(qiáng)的拉曼峰，對(duì)應(yīng)波數(shù)分別為761cm-1和911cm-1，譜線的半峰寬分別為15.6cm-1和10.4cm-1，對(duì)應(yīng)的弛豫時(shí)間分別為0.68ps和1.02ps，因此說(shuō)明Nd：KLuW晶體是非常有前途的皮秒脈沖固態(tài)受激拉曼散射介質(zhì)。 七、進(jìn)行了KLuW晶體的受激拉曼實(shí)驗(yàn)，采用的樣品尺寸分別為3×3×12mm3和6×6