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文檔簡介
1、激光二極管(LD)泵浦的全固態(tài)激光器是理想的新一代相干光源,因具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、輸出穩(wěn)定、壽命長等優(yōu)點,近年來已成為激光發(fā)展領(lǐng)域最具前景的方向之一。工作物質(zhì)是全固態(tài)激光器的核心,尋求適合LD泵浦的激光工作物質(zhì)是提高激光器效率的關(guān)鍵因素,為此人們對激光基質(zhì)和激活離子進行了廣泛的研究。Nd∶Gd3Ga5O12(Nd∶GGG)晶體以其優(yōu)越的力學(xué)、熱學(xué)和激光性能成為LD泵浦的高功率固體激光器的優(yōu)選工作物質(zhì)。然而對于Nd∶GGG晶體,Nd3+
2、的有效分凝系數(shù)(0.4~0.52)顯著偏離理想值(≈1),且晶體中Nd3+和Gd3+離子半徑不匹配,這導(dǎo)致晶體中引入晶格畸變。本論文旨在對現(xiàn)有材料進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,以提高材料的某些性能:一方面,為了消除晶格畸變,我們在Nd∶GGG晶體引入離子半徑更小的Lu3+(體積補償作用);另一方面,為了提高Nd3+在晶體中的有效分凝系數(shù),我們在十二面體格位摻入離子半徑更大的La3+(106.1 pm)。具體內(nèi)容包括以下幾方面:
一、Nd∶
3、(LuxGd1-x)3Ga5O12(Nd∶LGGG)晶體生長和性能表征采用提拉法成功生長出Φ26 mm×14 mm Nd∶LGGG晶體。通過XRF測試得到Nd3+和Lu3+在晶體中有效分凝系數(shù)分別為0.50和1.32。測試了晶體的熱學(xué)性質(zhì),包括平均熱膨脹系數(shù)、比熱、熱擴散系數(shù),根據(jù)測試結(jié)果計算得到了晶體的熱導(dǎo)率,其室溫?zé)釋?dǎo)率高達9.66 W·m-1·K-1,優(yōu)于Nd∶GGG晶體,與Nd∶YAG晶體的熱導(dǎo)率相當(dāng)。詳細表征了晶體的室溫光譜性
4、能,最強吸收峰805 nm的最大半峰寬(FWHM)達8.6nm,遠大于Nd∶YAG(FWHM=0.9-2.1 nm),有利于LD泵浦。系統(tǒng)研究了Nd∶LGGG晶體在1062 nm的連續(xù)(CW)和被動調(diào)Q(PQS)激光性能。在連續(xù)激光運轉(zhuǎn)中,最大輸出功率達9.73 W,相應(yīng)的光光轉(zhuǎn)換效率和斜效率分別為60.7%和61.2%。在被動調(diào)Q測試中,最大平均輸出功率、最短脈沖寬度、最大峰值功率和單脈沖能量分別為1.24W、9.95 ns、14.2
5、0 kW和148μJ。
二、Nd∶(LaxGd1-x)3Ga5O12(Nd∶LaGGG)晶體生長和性能表征采用提拉法首次生長出高質(zhì)量Nd∶LaGGG晶體,晶體尺寸為Φ26 mm×30mm;利用粉末XRD表征了晶體結(jié)構(gòu),采用XRF測試了晶體中各離子的濃度,并根據(jù)測試結(jié)果計算得到Nd3+和La3+在晶體中的有效分凝系數(shù)分別為0.52和0.16。系統(tǒng)地測試了晶體的熱學(xué)和光譜性能,其室溫?zé)釋?dǎo)率為8.28 W·m-1·K-1,與Nd
6、∶GGG晶體相當(dāng);采用Judd-Ofelt(J-O)理論分析了晶體的室溫吸收光譜,并計算得到晶體的光譜參數(shù)。詳細研究了晶體在1.33μm的CW和PQS激光性能,最大CW和PQS輸出功率分別達5.1W和1.1W,顯著優(yōu)于Nd∶GGG晶體,預(yù)示著Nd∶LaGGG晶體在1.33μm有潛在的應(yīng)用價值。
三、探究Lu3+/La3+摻雜對Nd∶GGG晶體影響的差異從晶體生長和性能兩方面對Nd∶LGGG和Nd∶LaGGG兩種晶體進行比較
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