论文部分内容阅读
随着科技的不断发展壮大,激光技术在高科技领域的应用变得越来越广泛,引起世界各国的极大关注,逐渐成为新世纪光电子产业研究和开发的重点之一,产生了巨大的社会及经济效益。1-2μm波段激光具有大气传输特性好、穿透能力强、保密性好,对人眼安全等优点,在军事、医疗和环境监测等领域具有广泛的应用前景。氟化钇锂(LiYF4)是继石榴石(YAG)之后的一种性能优良的激光基质材料。掺稀土离子氟化钇锂RE(RE=Nd,Ho,Tm):LiYF4晶体具有熔点低、透光波段范围宽、声子能量低等优点,是1-2μm波段激光器中重要的固体激光工作物质。采用电阻加热提拉法,对组份设计和控制/温场设计控制,优化工艺参数,生长出RE(RE=Nd,Ho,Tm):LiYF4激光晶体。通过X射线衍射、热膨胀、吸收及荧光光谱等测试手段,系统研究晶体结构及光谱性能。实现RE(RE=Nd,Ho,Tm):LiYF4晶体的激光输出。研究内容和主要成果如下:1.采用高温氟化法,对原料进行氟化提纯及脱水处理,通过多次实验找到了LiF和YF3的最佳配比1.06:0.94,合成了优质LiYF4多晶料。2.分析了晶体生长过程中的温度分布规律、热传输与固液界面的形状和对流等情况,为调整和完善晶体生长工艺提供理论依据。首次采用外层钼皮+内层石墨的温场。在此温场下,生长出了优质的RE(RE=Nd,Ho,Tm):LiYF4晶体。3.通过试验不断改变生长气氛,从使用纯的CF4开始逐步降低CF4的比例,最终确认10%CF4+90%Ar气氛下,取得了良好的效果。4.分析了晶体中常见缺陷,研究了生长速率、晶体转速、热效应、结晶取向、晶体尺寸等因素对晶体生长的影响。5.研究了RE(RE=Nd,Ho,Tm):LiYF4晶体的物理性能,采用一系列的特殊的光学冷加工工艺,解决了在加工过程中由于热膨胀系数差异大引起的晶体开裂等问题。6.测定了室温下晶体的吸收和荧光光谱。Nd:LiYF4晶体、Tm:LiYF4晶体、Ho:LiYF4晶体、Tm:Ho:Li YF4晶体的最强吸收峰分别位于808nm、790nm、1908nm、779nm附近,分别获得了1.053μm、1.91μm、2.06μm的荧光输出。7.测试了Nd:LiYF4晶体、Tm:LiYF4晶体、Ho:LiYF4晶体、Tm:Ho:LiYF4晶体的激光输出性能。.研究了3×3×10mm3 Nd:LiYF4晶体的激光性能,在808nm激光二极管泵浦晶体,在泵浦功率20.5W时,获得了1053nm的输出,最大输出功率8.5W,光-光转换效率41.5%,斜效率52.6%。测试了1.5×6×60mm3 Tm:LiYF4晶体的激光性能,在792nm激光二极管泵浦晶体,在泵浦功率为25W时,输出波长1907.8nm,最大输出功率10.5W,光-光转换效率42%,斜效率50.6%。测试了Φ5mm×32mm Ho:LiYF4晶体的激光性能,中心波长为1910nm,在泵浦功率为23.3W时,输出波长2065.56nm,最大输出功率10.1W,光-光转换效率43.3%,斜效率56.5%。测试了4×4×15mm3 Tm:Ho:LiYF4晶体的激光性能,中心波长为792nm,在泵浦功率为7.0W时,输出波长2064.56nm,最大输出功率875mW,光-光转换效率12.5%,斜率效率为24.9%。