【摘 要】
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作为优异的激光晶体之一,稀土掺杂石榴石晶体一直被人们广泛研究。这是由于石榴石晶体本身具有很多优异的特性,包括稳定的物理化学性能、良好的导热性、大的硬度、不易潮解、较宽的透明波段范围、易生长出高光学质量大尺寸单晶和易实现高稀土离子浓度掺杂等。镓基石榴石Lu3Ga5O12（Lu GG）和Gd3Al2Ga3O12（GAGG）晶体也具有以上所述优点,是潜在的优异激光晶体。本论文采用Czochralski法
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作为优异的激光晶体之一,稀土掺杂石榴石晶体一直被人们广泛研究。这是由于石榴石晶体本身具有很多优异的特性,包括稳定的物理化学性能、良好的导热性、大的硬度、不易潮解、较宽的透明波段范围、易生长出高光学质量大尺寸单晶和易实现高稀土离子浓度掺杂等。镓基石榴石Lu3Ga5O12（Lu GG）和Gd3Al2Ga3O12（GAGG）晶体也具有以上所述优点,是潜在的优异激光晶体。本论文采用Czochralski法生长出了Er3+离子掺杂的Er:Lu GG和Er:GAGG晶体,对两种晶体的结构、晶相、物理性质和光谱特性进行了系统的理论和实验研究。具体研究内容包括:1.采用Czochralski法成功生长出了高质量的Er:Lu GG和Er:GAGG单晶,对晶体的晶相、晶体中Er3+离子浓度、晶体密度以及折射率进行了表征。采用单振子模型对所获得的折射率进行拟合,获得了两种晶体的Sellmeier色散方程,为后续的Judd-Ofelt光谱分析奠定基础。2.在室温下测量了Er:Lu GG和Er:GAGG晶体的吸收光谱,得到了相应的吸收截面谱。基于吸收光谱数据和所得到的Sellmeier色散方程,对两种晶体进行了Judd-Ofelt光谱分析,获得了Judd-Ofelt参数、振子强度、辐射几率、荧光分支比、能级辐射寿命等重要光谱参数值。3.进一步研究了两种晶体中Er3+的发射特性,测量了Er3+在可见、近红外以及中红外波段的发射光谱和荧光寿命。根据所获得的辐射几率和发射光谱计算得到了发射截面谱;基于发射截面谱和吸收截面谱获得了增益截面谱;根据辐射跃迁寿命和荧光寿命计算了量子效率。对两种晶体的光谱特性进行了比较。4.测量了两种晶体在980nm LD泵浦下上转换发射随着功率的变化特性,分析讨论了Er3+在两种晶体中的上转换发光机制。搭建了变温荧光光谱实验系统,并利用该系统研究了晶体中Er3+上转换发射随着温度的变化特性。研究结果表明:Er:Lu GG和Er:GAGG晶体在0.56、0.67、1.5、2.7μm波段显示出优异的光谱特性,在激光领域具有潜在的应用前景。本论文所获得的光谱数据为工作于这些波段的激光器的设计和制作提供了参考依据。
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