论文部分内容阅读
由于激光技术的进步和发展，新型功能材料的探索一直是国内外的研究热点。本论文具体工作包括两个方面:一是TbVO4新型磁光晶体的提拉法生长，并对其性能进行研究，为下一步的实用化打下基础;二是采用新的助熔剂体系生长GdAl3(BO3)4(GAB)晶体，使其截止边能够拓展到170-190 nm区域，有希望实现266nm激光输出。 1.TbVO4晶体的生长及其性能研究 本部分主要针对新型磁光晶体TbVO4，开展了TbVO4晶体的生长和性能测试，以及掺杂晶体的生长及性能测试的工作 使用提拉法进行TbVO4晶体生长，确定了晶体的生长条件，首次在惰性气氛下生长出透明、无肉眼可见缺陷的TbVO4单晶。系统测试了TbVO4晶体的比热、热膨胀及热导率等热力学性质，与Tb3Al5O12(TGG)相比，TbVO4晶体沿[001]方向的热导率更高。研究了TbVO4晶体的磁光性能，TbVO4晶体的费尔德常数是TGG晶体的费尔德常数的1.5倍，1064nm处的磁光优值则是其2倍左右;TbVO4晶体的消光比是28dB，稍低于TGG的消光比(＞30dB)。 为了获得性能更为优异的磁光晶体，我们将稀土或碱土金属离子掺杂到TbVO4晶体中，并对其性能进行研究。首先研究了稀土金属离子Gd3+掺杂TbVO4晶体生长和性能。通过改进熔体的温场、降温程序等生长条件，获得了透明、无光路的Gd∶TbVO4晶体。ICP-AES分析结果表明Gd3+的分凝系数为1。Gd3+的掺杂并未改变TbVO4晶体500-1100nm的透过率，而且1064 nm处的弱吸收结果表明Gd∶TbVO4晶体吸收系数要低于TGG晶体的。Gd∶TbVO4晶体的激光损伤实验表示该晶体的损伤阈值为1 GW/cm2。研究了Gd∶TbVO4晶体的磁光性能，Gd3+掺杂并未改变TbVO4晶体的费尔德常数及磁光优值，但Gd∶TbVO4晶体的消光比要高于TbVO4晶体的，达到了TGG晶体(＞30dB)的水平。接着，研究了碱土金属离子Ca2+掺杂对TbVO4晶体性能的影响。在惰性气氛下未生长出透明的Ca∶TbVO4晶体。ICP-AES分析结果表明Ca2+的分凝系数为0.05。退火实验及晶体的XRD和XPS表征结果表明，Ca2+的掺杂能够有效提高氧离子在TbVO4晶体中的扩散速度，增加TbVO4晶体的透过率。 2.新助溶剂体系下GAB晶体的生长及其性能研究 采用Al2O3-B2O3-Li2O-NaF助溶剂生长GAB晶体，并实现了266 nm激光输出。采用Al2O3-B2O3-Li2O-NaF作为助溶剂，通过多次生长实验确定了生长体系的组成，生长出了透明、无肉眼可见包裹体的GAB晶体，并对晶体的性能进行了表征。透过 光谱显示生长的GAB晶体的截止边为176 nm，在200-300 nm范围内存在着吸收。采用最小偏转角法测量了晶体的折射率，并拟合了色散方程:ne2(λ）=2.88482+0.016617/λ2-0.012645-0.010365λ2no2(λ）=3.14309+0.020116/λ2-0.014776-0.022736λ2粉末倍频实验表明，GAB的粉末倍频效应为KDP的3.5倍。采用Ⅰ类相位匹配，通过倍频首次实现了266 nm的激光输出。