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磷酸钛氧钾(KTiOPO4,KTP)晶体是一种性能优良的非线性光学材料。该晶体具有较高的倍频转化效率及抗激光损伤阈值,较大的非线性系数,稳定的物理化学性能,成本低廉等优点,但是所采用的自助溶剂磷酸盐体系较易聚合而使熔液粘度较大,在生长过程中极易出现自发结晶,TiO2粉体在高温下不能完全熔化所造成的晶体中散射颗粒的存在以及“灰迹”现象,限制了其在高平均功率的激光体系中的应用。
基于此,本论文研究了顶部籽晶法生长KTP晶体,并对KTP晶体的性能进行了研究。主要工作如下:
1.用液相合成原料和固相合成原料生长了高品质高性能的KTP晶体,尺寸分别为21×38×23mm3,16×33×21 mm3。液相法合成的原料粒径在50 nm-1μm,分布均匀,固相法混合的原料粒径为10-100μm,分布不均匀。溶质KTP在K8中的溶解度液相法要高于固相法。液相原料生长的KTP缺陷是固相法的三分之一,并且散射颗粒远少于固相法。对于1064nm,532nm波长的弱吸收,液相法合成原料生长的KTP晶体分别为50ppm和14000ppm,而固相合成原料生长的为110ppm和26000ppm。液相合成原料生长的KTP晶体(a)的损伤阈值为l4J/cm2,固相合成原料生长的KTP晶体(b)的损伤阈值为10J/cm2。采用液相法合成原料生长晶体能显著提高晶体性能。
2.采用顶部籽晶法,以K8P6O19-PbO助熔剂生长了KTiOPO4(KTP)晶体。晶体中掺入0.0825mol%的Pb2+,透过性能较好。在1064nm,532nm波长的弱吸收分别为227-315ppm和9000-10000ppm,抗光损伤阈值为18 J/cm2,4mm长的晶体最高输出功率为14.0W。相较于K8P6O19助熔剂生长的晶体,该晶体具有抗“灰迹”性能,对532nm波长弱吸收降低,抗激光损伤阈值、输出功率提高。
3.采用共沉淀法合成了YAG:Ce荧光粉,研究了煅烧温度对其形貌,粒径,亮度的影响,BaF2、H38O3、CaCO3作为助熔剂对粉体的影响,以及比较了SiO2和SiC对粉体发光亮度的影响。随着煅烧温度的升高,粒径增大,亮度提高;H38O3为助熔剂时发光性能较好;添加SiO2和SiC能提高粉体发光强度。采用共沉淀-流变相法合成了YAG:Ce荧光粉,研究了煅烧温度和改变流变相溶剂种类(C2H6O,C2H4O2,C2H2O4,C6H8O7,NH3-H2O)的影响。当采用乙酸做溶剂时,1200℃出现立方状颗粒,颗粒粒径随着煅烧温度升高而增大;改变流变相的溶剂种类能改变立方状颗粒出现的比例。