Er：YbVO-,4-的結(jié)構(gòu)與物性機(jī)理研究.pdf

1、LD泵浦的固體激光器集二極管激光器和固體激光器的優(yōu)點(diǎn)于一身，并彌補(bǔ)了各自的不足，使得LD泵浦的全固態(tài)激光器(DPSSL)極大地優(yōu)于傳統(tǒng)燈泵固體激光器和二極管激光器本身。DPSSL在材料加工、制導(dǎo)、雷達(dá)技術(shù)、醫(yī)學(xué)、光通訊、激光顯示和激光核聚變等方面有重要的應(yīng)用。 對(duì)DPSSL，激光工作物質(zhì)是全固態(tài)激光器的重要組成部分，決定著激光器的性能。釩酸鹽系列晶體就是其中的性能優(yōu)良的激光工作物質(zhì)。 由于鉺(Er)離子的1.5μm附近的

2、中紅外發(fā)射光保密性好和對(duì)人眼安全，它在光信息、光通訊、醫(yī)藥衛(wèi)生和國(guó)防軍事上都有很大的潛在應(yīng)用。Yb<'3+>離子有非常簡(jiǎn)單的能級(jí)結(jié)構(gòu)(一個(gè)激發(fā)態(tài))，能隙約為10000cm<'-1>，非常適合于976nm左右的LD泵浦(已商品化了)，并且其對(duì)Er<'3+>離子的敏化效率非常高，從而可以大大降低Er離子的摻雜濃度，以有效減少Er<'3+>離子對(duì)1.5μm的再吸收和避免濃度猝滅效應(yīng)。 所以我們采用提拉法生長(zhǎng)了Er：YbVO<,4>晶體

3、，Er∶YbVO<,4>晶體具有吸收帶寬、熱導(dǎo)率高等特點(diǎn)，可應(yīng)用于激光二極發(fā)生管來(lái)產(chǎn)生高功率的激光。 本論文主要進(jìn)行了以下幾方面的工作： 一、采用提拉法生長(zhǎng)了YbVO<,4>晶體和Er∶YbVO<,4>晶體，YbVO<,4>晶體與Er∶YbVO<,4>晶體都屬于鋯石類(lèi)晶體，點(diǎn)群為4/mmm，空間群為I4<,1>/amd。 二、用空間群理論分析了YbVO<,4>晶體和Er∶YbVO<,4>晶體的晶格振動(dòng)模，YbVO

4、<,4>晶體和Er∶YbVO<,4>晶體具有相同的結(jié)構(gòu)，其物理學(xué)單胞中含有四個(gè)分子式，共有24個(gè)原子，有72個(gè)基本晶格振動(dòng)模式。晶體的簡(jiǎn)正振動(dòng)模式的對(duì)稱(chēng)性分類(lèi)為：г=5A<,1g>+2A<,2g>+2A<,1u>+7A<,2u>+7B<,1g>+2B<,2g>+2B<,1u>+5B<,2u>+10E<,g>+10E<,u>合計(jì)共有72個(gè)簡(jiǎn)正模，與實(shí)有原子數(shù)24對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)自由度72相等。由點(diǎn)群4mmm的特征標(biāo)表可知，1A<,2u>和1E<

5、,u>為聲學(xué)模，5A<,1g>，7B<,1g>和2B<,2g>為活性光學(xué)模，10E<,g>為活性二重簡(jiǎn)并光學(xué)模，其余均為非活性光學(xué)模。因此理論上講，該晶體最多觀察到32支活性光學(xué)模，即為г<,vib>=5A<1g>+7B<,1g>+2B<,2g>+10E<,g>在室溫下，用在JASCONRS-1000DT顯微分光光度計(jì)測(cè)量了這兩種晶體的拉曼光譜。YbV04晶體的測(cè)量結(jié)果與理論計(jì)算符合較好，而Er∶YbVO<,4>晶體測(cè)量的結(jié)果與計(jì)算的不

6、一樣，我們分析了一下原因。 三、系統(tǒng)地研究了Er：YbVO<,4>晶體的熱學(xué)性質(zhì)。通過(guò)差示掃描量熱法測(cè)量了Er：YbVO<,4>晶體比熱，在330K時(shí)，Er：YbVO<,4>晶體的比熱為0.41Jgq<'-1> K<'-1>。采用熱膨脹儀在298.15K～900K的溫度范圍內(nèi)測(cè)量出Er：YbVO<,4>晶體的熱膨脹系數(shù)主值分別為α<,a>=4.244×10<'-6>/k，α<,b>=4.07834x10<'-6>/k，α<,c>

7、=7.0x10<'-6>/k。結(jié)合晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析晶體熱膨脹的各向異性性質(zhì)。我們測(cè)量了Er：YbVO<,4>晶體的熱擴(kuò)散率并計(jì)算了Er：YbVO<,4>晶體的熱導(dǎo)率。在303.15K時(shí)，Er：YbVO<,4>晶體沿[100]和[001]方向的熱擴(kuò)散系數(shù)分別為1.573mm<'2>/s和1.956mm<'2>/s，相應(yīng)的熱導(dǎo)率分別為3.87 W/m·K和4.81W/m·K。討論了熱學(xué)性質(zhì)對(duì)Er：YbVO<,4>晶體的應(yīng)用所產(chǎn)生的影響。

8、 四、將晶體進(jìn)行定向、切割和拋光后，用于測(cè)定室溫下晶體的透過(guò)譜，偏振和非偏振吸收光譜、熒光光譜，根據(jù)Judd-Ofelt理論，擬合出晶體場(chǎng)唯象強(qiáng)度系數(shù)Ω，并計(jì)算了各能級(jí)的輻射躍遷幾率A<,μ>，振子強(qiáng)度P<,JJ>，輻射壽命τ，熒光分支比β和發(fā)射截面∑等光譜參數(shù)；討論了Er：YbVO<,4>晶體作為激光材料的可能性。 五、Er：YbVO<,4>晶體在1.5μm附近有著優(yōu)良的光譜性能。選擇優(yōu)良晶體進(jìn)行了激光性能的測(cè)試。但