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本论文先简要概述了激光晶体的发展历史以及研究现状,介绍了激光晶体中稀土离子的光谱理论基础和研究中所涉及到的实验原理方法。其后主要研究了掺Er3+、Yb3+离子的Ca9La(VO4)7晶体的生长、表征、光谱性能。
采用提拉法(Czochralski)分别生长出尺寸为Φ24×22 mm3、Φ22×23 mm3的Re3+:Ca9La(VO4)7(Re=Er3+,Yb3+)晶体。用X射线粉末衍射的方法进行物相分析,将得到的粉末XRD谱图与标准的Ca9La(VO4)7谱图进行比较,确定所生长的晶体为我们想要得到的晶体;用电感耦合等离子体发射光谱分析法(ICP-AES)测定了掺杂离子在晶体中的含量,计算出掺杂Er3+、Yb3+离子晶体的分凝系数分别为0.77与0.82。
研究了Er3+:Ca9La(VO4)7晶体的偏振吸收谱、荧光谱以及荧光寿命。根据J-O理论计算了它的光谱参数:谱线强度、振子强度、荧光衰减几率、荧光分支比及辐射寿命等。利用Füchtbauer-Ladengurg(F-L)方程计算了这些离子主要跃迁的发射截面。通过这些参数的理论计算,预测了这些跃迁产生激光的可能性。
强度参数Ωt(t=2,4,6)分别为π:Ω2=9.05×10-20 cm2,Ω4=3.34×10-20 cm2,Ω6=2.1×10-20cm2以及σ:Ω2=_23.88×10-20cm2,Ω4=3.92×10-20cm2,Ω6=1.89×10-20cm2。1534 nm波长处的发射跃迁截面为:σem(π)=0.98×10-20cm2、σem(σ)=1.23×10-20cm2。其中4I13/2→4I15/2能级荧光寿命τf为3.93 ms,辐射寿命τr为2.69 ms。Er3+:Ca9La(VO4)7晶体是一种潜在的1.55μm激光晶体。
室温下研究了Yb3+:Ca9La(VO4)7晶体的偏振吸收谱、荧光谱以及荧光寿命。π偏振方向,其最强吸收峰位于972 nm处,其半峰宽为30nm,吸收截面为0.84×10-20cm2;σ偏振方向,其最强吸收峰位于980 nm处,其半峰宽为27 nm,吸收截面为1.53×10-20cm2。选择1022 nm波长作为激光输出波长,对于π偏振方向,其发射截面为0.41×10-20 cm2,其半峰宽为26 nm;对于σ偏振方向,其发射截面为0.65×10-20 cm2,其半峰宽为31 nm。其荧光寿命与辐射寿命分别为997μs与326μs。