材料物理与化学专业优秀论文材料物理与化学专业优秀论文 掺杂掺杂YbYb：CaGaGeOCaGaGeO晶体的生长和光谱特性的研究晶体的生长和光谱特性的研究关键词：激光晶体关键词：激光晶体 晶体生长晶体生长 提拉法提拉法 光谱特性光谱特性 激光性能激光性能摘要：激光二极管性能（LD）的快速提高，极大地推动了固体激光器件的发展。 特别是波长在 9001100nm 的 InGaAs 二极管的发展，使掺杂 Yb3+的激光晶体 材料引起人们极大的研究兴趣。在众多的 Yb3+掺杂激光晶体材料中， Yb：Ca3Ga2Ge3O12 晶体具有较宽的吸收带和发射带，较长的荧光寿命，优良的 光学、热学和机械性能，有可能成为高效、高功率固体激光器的激光介质。本 文主要对 Yb：CGGG 晶体的生长，基本物理性质、热学性质、光谱特性及激光性 能进行了初步的研究。 采用中频感应加热的提拉法（CZ）生长了掺杂浓度为 5at和 115at的 Yb：CGGG 晶体，并且研究了不同生长工艺条件，生长界 面形态及生长气氛，对晶体中主要缺陷形成的影响。初步研究了不同的生长气 氛对晶体生长过程中挥发的影响，找到了合适的晶体生长气氛（N2 和 CO21：1 混合） 。在晶体生长过程中挥发（主要成分为 GeO2）比较严重，所以在配料时 GeO2 适当过量。采用 X 射线荧光法（XRF）分析了晶体不同部位以及挥发物中 主要的元素及含量，并初步计算了晶体中主要元素特别是 Yb3+的分凝系数。 采用化学腐蚀法分析了晶体中的位错分布，并且在偏光显微镜下观察分析了晶 体中的包裹物和气泡等缺陷及其成因。使用浮力法测试了晶体的实际密度，并 计算了晶体的理论密度，两者非常接近。测量了晶体的显微努普硬度，其值为 12579kgmm2。测试了晶体的热学性质，主要包括晶体的定压比热、热膨 胀率和热扩散系数，利用热学性质之间的关系计算了晶体的定容比热、热膨胀 系数、密度随温度的变化以及晶体的热导率，并与相应的 YAG 晶体热学性质做 了对比，其热学性质比 YAG 稍差，但是两种晶体相差不大，同样是一种热学性 质优异的激光晶体。 测试了晶体的激光损伤阈值，并分析了晶体损伤阈值较 低的原因。晶体在紫外可见近红外区域的吸收光谱和基质晶体的透过光谱 表明该晶体在紫外可见光区域没有明显的吸收峰，这主要是与生长保护气氛 中的 CO2 有关，CO2 高温分解生成少量的 O2，在炉腔中形成一定的氧分压，从 而抑制了晶体中氧空位的形成。在近红外区域，晶体有三个主要的吸收峰 （912nm，941nm 和 967nm） ，其中最强的吸收峰在 941nm，这与 InGaAs 二极管 泵浦源辐射光（940nm）基本一致。CGGG 基质晶体的透过光谱表明 CGGG 在掺杂 离子的吸收区域的透过率高达 80以上，基质晶体对发光中心的吸收没有影响。 晶体的荧光光谱主峰在 1030nm 附近，在 Yb3+高浓度掺杂时荧光光谱红移。晶 体的荧光寿命约为 138ms。并初步测试了晶体的激光性能，实现了激光输出。 晶体镀膜后晶体的激光性能会有提高。正文内容正文内容激光二极管性能（LD）的快速提高，极大地推动了固体激光器件的发展。 特别是波长在 9001100nm 的 InGaAs 二极管的发展，使掺杂 Yb3+的激光晶体 材料引起人们极大的研究兴趣。在众多的 Yb3+掺杂激光晶体材料中， Yb：Ca3Ga2Ge3O12 晶体具有较宽的吸收带和发射带，较长的荧光寿命，优良的 光学、热学和机械性能，有可能成为高效、高功率固体激光器的激光介质。本 文主要对 Yb：CGGG 晶体的生长，基本物理性质、热学性质、光谱特性及激光性 能进行了初步的研究。 采用中频感应加热的提拉法（CZ）生长了掺杂浓度为 5at和 115at的 Yb：CGGG 晶体，并且研究了不同生长工艺条件，生长界 面形态及生长气氛，对晶体中主要缺陷形成的影响。初步研究了不同的生长气 氛对晶体生长过程中挥发的影响，找到了合适的晶体生长气氛（N2 和 CO21：1 混合） 。在晶体生长过程中挥发（主要成分为 GeO2）比较严重，所以在配料时 GeO2 适当过量。采用 X 射线荧光法（XRF）分析了晶体不同部位以及挥发物中 主要的元素及含量，并初步计算了晶体中主要元素特别是 Yb3+的分凝系数。 采用化学腐蚀法分析了晶体中的位错分布，并且在偏光显微镜下观察分析了晶 体中的包裹物和气泡等缺陷及其成因。使用浮力法测试了晶体的实际密度，并 计算了晶体的理论密度，两者非常接近。测量了晶体的显微努普硬度，其值为 12579kgmm2。测试了晶体的热学性质，主要包括晶体的定压比热、热膨 胀率和热扩散系数，利用热学性质之间的关系计算了晶体的定容比热、热膨胀 系数、密度随温度的变化以及晶体的热导率，并与相应的 YAG 晶体热学性质做 了对比，其热学性质比 YAG 稍差，但是两种晶体相差不大，同样是一种热学性 质优异的激光晶体。 测试了晶体的激光损伤阈值，并分析了晶体损伤阈值较 低的原因。晶体在紫外可见近红外区域的吸收光谱和基质晶体的透过光谱 表明该晶体在紫外可见光区域没有明显的吸收峰，这主要是与生长保护气氛 中的 CO2 有关，CO2 高温分解生成少量的 O2，在炉腔中形成一定的氧分压，从 而抑制了晶体中氧空位的形成。在近红外区域，晶体有三个主要的吸收峰 （912nm，941nm 和 967nm） ，其中最强的吸收峰在 941nm，这与 InGaAs 二极管 泵浦源辐射光（940nm）基本一致。CGGG 基质晶体的透过光谱表明 CGGG 在掺杂 离子的吸收区域的透过率高达 80以上，基质晶体对发光中心的吸收没有影响。 晶体的荧光光谱主峰在 1030nm 附近，在 Yb3+高浓度掺杂时荧光光谱红移。晶 体的荧光寿命约为 138ms。并初步测试了晶体的激光性能，实现了激光输出。 晶体镀膜后晶体的激光性能会有提高。 激光二极管性能（LD）的快速提高，极大地推动了固体激光器件的发展。特别 是波长在 9001100nm 的 InGaAs 二极管的发展，使掺杂 Yb3+的激光晶体材料 引起人们极大的研究兴趣。在众多的 Yb3+掺杂激光晶体材料中， Yb：Ca3Ga2Ge3O12 晶体具有较宽的吸收带和发射带，较长的荧光寿命，优良的 光学、热学和机械性能，有可能成为高效、高功率固体激光器的激光介质。本 文主要对 Yb：CGGG 晶体的生长，基本物理性质、热学性质、光谱特性及激光性 能进行了初步的研究。 采用中频感应加热的提拉法（CZ）生长了掺杂浓度为 5at和 115at的 Yb：CGGG 晶体，并且研究了不同生长工艺条件，生长界 面形态及生长气氛，对晶体中主要缺陷形成的影响。初步研究了不同的生长气 氛对晶体生长过程中挥发的影响，找到了合适的晶体生长气氛（N2 和 CO21：1 混合） 。在晶体生长过程中挥发（主要成分为 GeO2）比较严重，所以在配料时GeO2 适当过量。采用 X 射线荧光法（XRF）分析了晶体不同部位以及挥发物中 主要的元素及含量，并初步计算了晶体中主要元素特别是 Yb3+的分凝系数。 采用化学腐蚀法分析了晶体中的位错分布，并且在偏光显微镜下观察分析了晶 体中的包裹物和气泡等缺陷及其成因。使用浮力法测试了晶体的实际密度，并 计算了晶体的理论密度，两者非常接近。测量了晶体的显微努普硬度，其值为 12579kgmm2。测试了晶体的热学性质，主要包括晶体的定压比热、热膨 胀率和热扩散系数，利用热学性质之间的关系计算了晶体的定容比热、热膨胀 系数、密度随温度的变化以及晶体的热导率，并与相应的 YAG 晶体热学性质做 了对比，其热学性质比 YAG 稍差，但是两种晶体相差不大，同样是一种热学性 质优异的激光晶体。 测试了晶体的激光损伤阈值，并分析了晶体损伤阈值较 低的原因。晶体在紫外可见近红外区域的吸收光谱和基质晶体的透过光谱 表明该晶体在紫外可见光区域没有明显的吸收峰，这主要是与生长保护气氛 中的 CO2 有关，CO2 高温分解生成少量的 O2，在炉腔中形成一定的氧分压，从 而抑制了晶体中氧空位的形成。在近红外区域，晶体有三个主要的吸收峰 （912nm，941nm 和 967nm） ，其中最强的吸收峰在 941nm，这与 InGaAs 二极管 泵浦源辐射光（940nm）基本一致。CGGG 基质晶体的透过光谱表明 CGGG 在掺杂 离子的吸收区域的透过率高达 80以上，基质晶体对发光中心的吸收没有影响。 晶体的荧光光谱主峰在 1030nm 附近，在 Yb3+高浓度掺杂时荧光光谱红移。晶 体的荧光寿命约为 138ms。并初步测试了晶体的激光性能，实现了激光输出。 晶体镀膜后晶体的激光性能会有提高。 激光二极管性能（LD）的快速提高，极大地推动了固体激光器件的发展。特别 是波长在 9001100nm 的 InGaAs 二极管的发展，使掺杂 Yb3+的激光晶体材料 引起人们极大的研究兴趣。在众多的 Yb3+掺杂激光晶体材料中， Yb：Ca3Ga2Ge3O12 晶体具有较宽的吸收带和发射带，较长的荧光寿命，优良的 光学、热学和机械性能，有可能成为高效、高功率固体激光器的激光介质。本 文主要对 Yb：CGGG 晶体的生长，基本物理性质、热学性质、光谱特性及激光性 能进行了初步的研究。 采用中频感应加热的提拉法（CZ）生长了掺杂浓度为 5at和 115at的 Yb：CGGG 晶体，并且研究了不同生长工艺条件，生长界 面形态及生长气氛，对晶体中主要缺陷形成的影响。初步研究了不同的生长气 氛对晶体生长过程中挥发的影响，找到了合适的晶体生长气氛（N2 和 CO21：1 混合） 。在晶体生长过程中挥发（主要成分为 GeO2）比较严重，所以在配料时 GeO2 适当过量。采用 X 射线荧光法（XRF）分析了晶体不同部位以及挥发物中 主要的元素及含量，并初步计算了晶体中主要元素特别是 Yb3+的分凝系数。 采用化学腐蚀法分析了晶体中的位错分布，并且在偏光显微镜下观察分析了晶 体中的包裹物和气泡等缺陷及其成因。使用浮力法测试了晶体的实际密度，并 计算了晶体的理论密度，两者非常接近。测量了晶体的显微努普硬度，其值为 12579kgmm2。测试了晶体的热学性质，主要包括晶体的定压比热、热膨 胀率和热扩散系数，利用热学性质之间的关系计算了晶体的定容比热、热膨胀 系数、密度随温度的变化以及晶体的热导率，并与相应的 YAG 晶体热学性质做 了对比，其热学性质比 YAG 稍差，但是两种晶体相差不大，同样是一种热学性 质优异的激光晶体。 测试了晶体的激光损伤阈值，并分析了晶体损伤阈值较 低的原因。晶体在紫外可见近红外区域的吸收光谱和基质晶体的透过光谱 表明该晶体在紫外可见光区域没有明显的吸收峰，这主要是与生长保护气氛 中的 CO2 有关，CO2 高温分解生成少量的 O2，在炉腔中形成一定的氧分压，从而抑制了晶体中氧空位的形成。在近红外区域，晶体有三个主要的吸收峰 （912nm，941nm 和 967nm） ，其中最强的吸收峰在 941nm，这与 InGaAs 二极管 泵浦源辐射光（940nm）基本一致。CGGG 基质晶体的透过光谱表明 CGGG 在掺杂 离子的吸收区域的透过率高达 80以上，基质晶体对发光中心的吸收没有影响。 晶体的荧光光谱主峰在 1030nm 附近，在 Yb3+高浓度掺杂时荧光光谱红移。晶 体的荧光寿命约为 138ms。并初步测试了晶体的激光性能，实现了激光输出。 晶体镀膜后晶体的激光性能会有提高。 激光二极管性能（LD）的快速提高，极大地推动了固体激光器件的发展。特别 是波长在 9001100nm 的 InGaAs 二极管的发展，使掺杂 Yb3+的激光晶体材料 引起人们极大的研究兴趣。在众多的 Yb3+掺杂激光晶体材料中， Yb：Ca3Ga2G