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寻求新型掺镱低阈值高功率和宽调谐超快激光晶体材料将是Yb激光材料的重点，对发展新型全固态高功率和超快激光具有十分重要的意义。稀土正硅酸盐系列Re2SiO5晶体(其中Re=Lu3+、Y3+、Gd3+)因其优异的光学和物化性能，其独特的低对称性单斜晶体结构，稀土离子扭曲的低对称双格位特性，为Yb3+提供了较强的晶体场和配位场，有利于Yb3+产生大的Stark能级分裂，是低阈值高功率和宽调谐超快掺镱激光晶体的理想基质。
本论文以掺镱稀土正硅酸盐单晶体Yb：LSO和Yb：GSO以及混合型晶体Yb：LYSO、Yb：GYSO等作为研究对象，开展了晶体生长、性能表征和激光实验等方面的探索性工作，其中主要包括以下几个内容：
1.采用提拉法生长不同浓度的Yb：LSO和Yb：GSO，通过优化生长工艺，得到无色透明、高光质量、完整不开裂、无宏观缺陷的晶体。通过生长混合型晶体Yb：LYSO、Yb：GYSO来调制晶体结构，改善晶体生长特性和激光性能。
2.通过XRD分析并计算Yb：Re2SiO5系列晶体的晶胞参数，确定它们的单斜晶体结构。ICP测试揭示了Yb：Re2SiO5中的Yb3+具有较大的分凝系数，可实现高浓度的Yb3+掺杂，有利于薄片激光增益介质的设计。
3.测试不同晶体中Yb3+离子的吸收、发射光谱和荧光寿命，并通过光谱参数的计算，本文作者发现Yb：Re2SiO5都具有很大的吸收截面和吸收带宽，能与InGaAs LD抽运有效耦合，而且降低了对LD泵浦源温度控制的要求；宽的受激发射带宽和大的发射截面，容易实现激光振荡。本论文生长的Yb：Re2SiO5的荧光寿命都很长，约为1.52～1.81ms左右，说明晶体能在激光上能级上积累起更多的粒子，增加了储能，有利于器件输出功率或能量的提高。本文作者还发现Yb：GSO中Yb3+基态2F7/2能级分裂幅度高达1076cm-1，是迄今发现的具有最大能级分裂的掺Yb材料之一。通过计算光谱参数预测本论文中所涉及到的Yb：Re2SiO5系列晶体有望实现低阈值、高效率的宽带调谐和超短脉冲激光输出。
4.采用不同波长的LD作为泵浦源，通过合理的谐振腔、散热系统的合理设计，进行单晶体Yb：LSO和Yb：GSO及其混合型晶体Yb：LYSO、Yb：GYSO的激光运转实验，获得了较好的结果。
1).首次对Yb：GSO晶体的激光性能进行探索，在974nm LD泵浦作用下，激光输出中心波长为1092.5nm，是迄今为止实现激光输出中心波长最长的Yb激光材料，泵浦阈值功率仅为127mW，斜效率高达86％；Yb：GSO晶体具有宽的调谐特性，采用单棱镜进行光谱调谐实验，可获得从1009～1112 nm的调谐激光输出，约97nm：并在Yb：GSO晶体中初步实现了连续锁模639fs激光脉冲输出。
2).首次对Yb：LYSO和Yb：GYSO混晶的激光性能进行探索。在Yb：LYSO混晶中实现连续激光输出，输出中心波长为1086nm，对应斜率效率为64％。并采用单棱镜进行光谱调谐实验，实现了从1030nm到1111.1nm的宽调谐激光输出，调谐带宽为81.1nm。说明Yb：LYSO混晶比Yb：LSO和Yb：YSO单晶具有更宽的调谐特性，这是由于混晶的晶格畸变造成无序度增加，更有利于超宽调谐激光的输出。