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本论文研究了掺三价稀土离子Er3+的Lu2Sr3(BO3)4的合成、生长、表征和光谱性能,以及对非线性光学材料GdBMoO6的探索性研究。采用固相合成、X-射线粉末衍射分析研究了Lu2Sr3(BO3)4的物相特性。Lu2Sr3(BO3)4为同成分熔化化合物,我们采用提拉法生长出了尺寸为φ16×30mm3 Er3+:Lu2Sr3(BO3)4晶体。用电感耦合等离子体发射光谱分析法(ICP-AES)测定了掺杂离子在晶体中的含量,计算出掺杂离子Er3+的分凝系数为1.15。
测定了Lu2Sr3(BO3)4晶体的晶胞参数,Lu2Sr3(BO3)4晶体属于正交晶系,空间群为P222,单胞参数为:a=7.32(A),b=8.61(A),c=15.81(A),V=996.43(A)3。根据晶胞参数,我们对晶体粉末衍射图进行了指标化。
研究了Er3+:Lu2Sr3(BO3)4晶体室温下的吸收光谱,在a-,b-和c-三个方向上吸收谱上均出现了12个吸收峰,它们分别是从Er3+离子的电子基态4I15/2跃迁到了以下激发态:4D7/2,4G9/2,4G11/2,2H9/2,4F3/2-4F5/2,4F7/22H11/2,4S3/2,4F9/2,4I9/2,4I11/2,4I13/2。其中4I15/2→4I9/2和4I15/2→4I11/2跃迁非常重要,其恰好处在LD激光器的发射带,因此,Er3+:Lu2Sr3(BO3)4适合采用LD作为泵浦光。
研究了Er3+:Lu2Sr3(BO3)4晶体的荧光光谱,算出1533nm处发射截面相对E//a,E//b,E//c分别是1.88×10-20cm2、5.29×10吨-21cm2、9.35×10-21cm2。得到荧光寿命τ为0.62 ms。该晶体具有较大的发射跃迁截面和长的荧光寿命,有利于实现激光振荡。
应用J-0理论计算出了Er3+:Lu2Sr3(BO3)。晶体的唯象参数Ωω(λ=2,4,6),其值为:
Ω2=3.43×10-20 cm2,Ω4=2.08×10-20 cm2,Ω6=1.80×10-20 cm2(E//a)Ω2=3.24×10-20 cm2,Ω4=2.45×10-20 cm2,Ω6=1.34×10-20cm2(E//b)Ω2=3.85×10-20cm2,Ω4=2.56×10-20cm2,Ω6=1.38×10-20 cm2(E//c)与其它掺Er3+的激光材料相比较,Er3+:Lu2Sr3(BO3)4晶体在521nm光波激发下,在1533nm波段,其最大的发射截面为1.88×10-20cm2,同时该晶体具有较高的品质因子为1.56(X=Ω4/Ω6),表明该晶体可作为一种1.5μm波段潜在的激光晶体材料。
除此之外,本论文还采用固相合成法合成了GdBMoO6化合物,粉末倍频效应测试结果表明:GdBMoO6化合物的粉末倍频效应为KDP的4.6倍,它有可能成为一种新化合物类型的非线性光学晶体材料。同时本论文也对采用助溶剂法生长GdBMoO6晶体进行了探索性研究。