新型系列钒酸盐晶体生长及其脉冲能量增强效应研究

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1、原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：查!篁笪日期：跫!![：兰!关于学位论文使用授权的声明本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、

2、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：4111芝盟导师签名：、．'p、厶／日期：剖山东大学博士学位论文摘要激光～Laser(1ightamplificationbystimulatedemissionofradiation)，是利用受激辐射实现光的放大。实际上，激光器是一个振荡器，利用其受激辐射实现光的振荡，产生相干光。激光因具有单色性，方向性和相干性等特点，已经成为军事、医学、科研乃至人们日常生活不可或缺的一部分。近几年，随着激光二极管(1aserdiode,简称LD)技术的发展，LD泵浦的固体

3、激光器(Diode-pumpedsolid．statelasers，简称DPSSL)，已经在激光器领域掀起了一场新的激光革命。如今，DPSSL已经在材料加工、医学、光通讯、激光显示、制导、雷达技术和激光核聚变等方面得到了重要的应用。作为激光器的一个重要部分，激光增益介质的性能最终决定了激光器的输出特性和应用范围。与Nd：YAG相比，钕离子(Nd)掺杂的钒酸盐晶体，如Nd：YV04，Nd：GdV04和Nd：LuV04，因其具有大的吸收和发射截面，偏振输出等特性，在众多的激光材料中脱颖而出，成为中小功率连续激光器的首选材料，其中Nd：YV04晶体已经实

4、现产业化。随着脉冲激光器的发展，人们迫切需要高能量、短脉冲的小型激光器，因此寻求适合脉冲激光器中应用的激光材料成为研究的热点之一。鉴于这三种钒酸盐(Nd：W04，Nd：GdV04和Nd：hIV04)都具有的锆石结构和14I／amd空间群，以及相接近的熔点(18000C)，若按照一定比例将其中的两两组合，可以得到三种新的钒酸盐混晶：Nd：Y。Gdl-xV04，Nd：LuxGdl．xV04和Nd：YxLUl．xV04(0幺S1)。在这些新的混晶中，原来的一种离子占据的格位，被两种离子随机占据，使Nd离子周围的晶格场不同，造成其特征谱线，如吸收和发射谱线

5、，会发生明显的非均匀增宽，并使得受激发射截面减小。小发射截面的激光材料适合于在调Q激光领域的应用，而宽的发射谱线的激光材料是产生锁模(尤其是飞秒脉冲)激光所梦寐以求的。除了激光晶体，在被动调Q甚至被动锁模激光器中，可饱和吸收体也是不可缺少的一部分，现在在被动调Q领域一直处于垄断地位的是Cr4+：YAG(Y3A15012，简称YAG)，但是由于C，取代舢3+离子，在取代的同时需要掺入Ca2+或M孑+离子对电荷进行补偿，这给晶体的生长和应用都带来了很多的麻烦。本论文从材料制备、基本性质的测试和激光领域的应用三个方面对Nd：YxGdl．xV04和山东大学

6、博士学位论文Nd：LuxGdl吨V04系列晶体进行了研究，发现：相对于单晶，混晶系列晶体具有明显的能量增强效应。还在钒酸盐生长的基础上，针对传统的可饱和吸收片Cr4+：YAG在制备和应用上固有的缺陷，对新型的可饱和吸收体CI，：GdV04和自调Q材料Nd：Cr：GdV04j挂行了初步的探索。其主要工作如下：(一)晶体生长l、采用提拉法(Czochralski)，首次生长了Nd：LuxGdI．xV04系列晶体并在此基础上对Nd：YxGdl-xV04系列晶体进行了生长，得到了高质量的晶体，并对其生长过程进行了系统的研究。2、介绍了晶体生长的设备及工艺过

7、程，讨论了影响晶体质量的因素。其中温场、纯度、参数的实时监控以及退火是最为重要的几个环节。(二)Nd：LuxGdl嚷V04和Nd：YxGdl-xV04系列晶体物理性质的研究l、首次对Nd：LuxGdl．xV04系列晶体的组分和结构的进行了研究，发现Nd：LuxGdl．xV04系列晶体都具有锆石结构，属于四方晶系。2、首次对Nd：LuxGdl．xV04系列晶体的热学性质和Nd：YxGdl嘱V04晶体的热导率进行了研究，发现Nd：LuxGdl-xV04的热学性质随X趋向于O．5而逐渐变差，而Nd：YxGdI．xV04随X趋向于O．37逐渐变差。通过对材

8、料常数的计算，发现这两个系列的晶体都适合应用在较高功率泵浦的激光器中。3、首次对Nd：LuxGdl-xV04系列晶体的光谱