论文部分内容阅读
Nd:YAG晶体是当前应用最广泛的激光工作物质,是高功率固体激光的首选激光工作介质,其有着高效率、低阈值、热学和机械性能优良等优点。但Nd3+离子在YAG中的有效分凝系数仅为0.2,在制备大体积高均匀性激光工作物质时成为重要的制约因素;同时该晶体的抗辐射性能也很差,影响了其在空间激光中的应用,另外Nd3+离子在高掺杂时会引起激光效率降低,且荧光谱线较窄,难以实现皮秒激光输出。在YAG晶体中通过Sc3+离子部分取代Al3+离子,可提高Nd3+离子的有效分凝系数,缓解高掺杂时的浓度猝灭,且仍能保持优良的激光性能。因此,本文以Nd:YSAG晶体为研究对象,研究了它的晶体生长工艺,检测了晶体质量,测定了它的分凝系数及晶体结构,研究了它在γ射线辐照前后的光谱和激光特性,主要结果如下:1)初步获得了 Nd:YSAG晶体的生长工艺,制备了 030mm×60mm的(1.55 at.%)Nd:YSAG晶体,X射线摇摆曲线半高全宽0.05。,结晶完整性较好;Nd3+离子在YSAG中的有效分凝系数为0.35,较在YAG中的0.2更有利于生长高均匀性大尺寸激光晶体。2)用Rietveld精修方法给出了 Nd:YSAG的结构数据。Nd:YSAG属空间群Ia3d,晶格参数a=12.2582A,Nd和Y占据Wykoff位置24c,Sc、Al、O原子分别占据 Wyckoff位置 16a、24d、96h,O 原子分数坐标为(0.0302,0.0512,0.6564)。3)研究了 Nd:YSAG晶体吸收和发光性能,Nd:YSAG在808.9nm吸收最强,吸收截面为1.176×10-19cm2,FWHM为2.8nm;它的跃迁强度参数Ω2、Ω4、Ω6=0.314×10-20cm2、3.78×10-20cm2、4.27×10-20cm2,来自于 4F3/2→4I11/2、4I9/2 的最强发射峰为 1059nm、942.6nm,发射截面分别为 1.1×10-19cm2、2.21×10-20cm2,比相应的Nd:YAG的跃迁在1064nm、946nm的发射截面0.98×10-19cm2、2.07×10-20cm2略高,表明Nd:YSAG具有和Nd:YAG相当或略好的激光性能。4)通过LD泵浦,在2mm×2mm×6mm的(1.55 at.%)Nd:YSAG晶体中实现了激光输出,激光阈值为0.85W,斜效率为21.1%,获得了最高1.1W的激光输出。5)在10Mradγ射线辐照后,Nd:YSAG在900nm～1500nm波段产生的额外吸收损耗非常小,约为10-2cm-1数量级,在808nmLD泵浦光处产生的额外吸收损耗约为0.15cm-1,4F3/2能级寿命由辐照前的233μs变为225μ3,辐照前的激光输出斜效率为18.6%,辐照后激光输出斜效率为18.0%。在这一辐照剂量下,Nd:YSAG的激光输出的稳定性优于Nd:YAG。结果表明Nd:YSAG的激光性能和Nd:YAG相近,但更大的有效分凝系数更有利于制备高均匀性大尺寸激光晶体元件,同时在10Mrad的γ射线辐照后激光性能稳定,初步表明该晶体具有一定的抗辐照性能。