Nd:YSAG单晶的光谱和激光性能

作者:鲁万成;张庆礼;罗建乔;丁守军;窦仁勤;彭方;张会丽;王小飞;孙贵花;孙敦陆; 刊名:物理学报 上传者:周大勇

【摘要】用提拉法生长了(1.5 at.%)Nd~(3+):Y_3Sc_2Al_3O_(12)(YSAG)激光晶体,摇摆曲线表明晶体结晶质量优良.测量了该晶体的吸收和发光光谱,表明其适合成熟的808 nm激光二极管(LD)抽运,其~4F_(3/2)→~4I_(11/2)跃迁最强发射波长为1059 nm,发射截面为1.03×10~(-19)cm~2,同时其激光上能级寿命为253μs,表明Nd:YSAG具有和Nd:YAG相近的效率,但其激光上能级寿命比Nd:YAG长约20μs.以LD抽运2 mm×2 mm×6 mm Nd:YSAG激光棒,激光阈值为0.85 W,最高输出功率为1.1 W,激光斜效率为21.1%,光-光转化效率为18.3%.综合表明Nd:YSAG单晶作为激光性能优良的全固态激光材料,更适合全固态调Q激光输出.

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用提拉法生长了(1.5at.%)Nd3+:Y3Sc2Al3O12(YSAG)激光晶体,摇摆曲线表明晶体结晶质量优良.测量了该晶体的吸收和发光光谱,表明其适合成熟的808nm激光二极管(LD)抽运,其4F3/24I11/2跃迁最强发射波长为1059nm,发射截面为1.0310-19cm2,同时其激光上能级寿命为253s,表明Nd:YSAG具有和Nd:YAG相近的效率,但其激光上能级寿命比Nd:YAG长约20s.以LD抽运2mm2mm6mmNd:YSAG激光棒,激光阈值为0.85W,最高输出功率为1.1W,激光斜效率为21.1%,光-光转化效率为18.3%.综合表明Nd:YSAG单晶作为激光性能优良的全固态激光材料,更适合全固态调Q激光输出.1引言Nd:YAG晶体作为一种非常成熟的激光工作物质,其有高增益、高效率、低激光阈值、高光学品质等优点[1,2].但是由于离子间的交叉弛豫使得Nd3+离子在较高掺杂浓度时会引起激光效率降低,并且其本身的荧光谱线较窄,难以实现皮秒激光输出.当Sc3+离子掺杂YAG中时,由于Sc3+离子半径大于Al3+离子半径而小于Y3+离子半径,它会优先取代Al3+离子位置,使YAG晶胞增大,Nd3+离子间距增大,在减轻Nd3+离子浓度猝灭效应的同时可增加其荧光谱线的线宽.Cornacchia等[3]采用微下拉技术成功生长出Nd:YSAG单晶.Allik等[4]采用提拉法生长Nd:YSAG晶体,并研究了其光谱与激光特性,获得激光二极管(LD)抽运激光斜效率最大为9%.近年来对YSAG的研究以透明陶瓷居多,Saikawa等[5]和Sato等[6]主要研究了Yb:YSAG和Nd:YSAG透明陶瓷的激光特性;Gheorghe等[7]研究了Sm:YSAG透明陶瓷的组分与其光学特性的关系;冯涛等[8-10]研究了掺杂Ce,Pr,Nd的YSAG透明陶瓷的光学特性,成功制备出Nd:YSAG透明陶瓷[10],其LD抽运激光输出斜效率达到23.6%.这与此前报道的Nd:YSAG单晶的LD抽运激光性能相差较大,因而有必要进一步评估其作为激光晶体的潜力.本文采用提拉法生长Nd:YSAG晶体,其中Nd3+离子浓度为1.5at.%.通过薄膜X射线衍射仪得到样品摇摆曲线,得出晶体质量表征.采用PerkinElmerlambda-950UV/VIS/NIR分光光度计测量样品的透过谱,FLSP-920光谱仪测试样品的荧光光谱以及荧光寿命.通过LD抽运,获得Nd:YSAG单晶的激光输出数据.2实验2.1单晶样品制备本文采用提拉法生长Nd3+离子掺杂的Y3Sc2Al3O12晶体.首先根据化学计量比Y3+:Sc3+:Al3+=3:2:3(其中Nd3+:Y3+=0.044:0.956)准确称取原料Y2O3(5N),Sc2O3(5N),Al2O3(5N),Nd2O3(5N).原料充分混合后,在1200?C煅烧24h作为晶体生长原料.生长晶体尺寸30mm60mm,转速10r/min,拉速0.4mm/h[11].晶体生长结束后在硅钼棒退火炉中1480?C下退火72h,将获得的晶体加工成15mm15mm1.3mm的双面抛光的薄片以作为光谱测试样品,加工成2mm2mm6mm端面平行抛光的小棒作为激光实验晶体.2.2样品测试采用X’pertPro薄膜X射线衍射仪测试样品的单晶摇摆曲线,扫描方式为连续扫描,扫描步长为0.01/s,扫描范围23.5226.44.采用PerkinElmerlambda-950UV/VIS/NIR分光光度计测量样品的透过谱,测量范围为250900nm,步长

参考文献

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