论文摘要
激光器有很多种，其中，固体激光器小而坚固，脉冲辐射功率很高，所以应用范围较广泛。激光二极管（lascr diode，LD）泵浦的固体激光器（简称DPSSL），由于把半导体和固体相结合，使这种激光器兼聚两者的优点，具有泵浦效率高、输出稳定和全固化的优点，是对传统的气体放电光源泵浦激光器的一场革命。DPSSL在材料加工、制导、雷达技术、医学、光通讯、激光显示和激光核聚变等方面有重要的应用。对DPSSL来说，激光工作物质是设计全固态激光器的关键因素，决定激光器的性能。人们对激光工作物质进行了广泛深入的研究与探索。激光晶体是DPSSL的工作物质。固体激光晶体经历了六十年代的起步，七十年代的探索，八十年代的发展过程，固体激光晶体已从最初几种基质晶体发展到常见的数十种。作为固体激光器的主体，激光晶体发展成固体激光技术的重要支柱。在众多的激光晶体中，具有锆石结构的掺钕钒酸盐系列晶体就是其中的性能优良的激光工作物质，比如Nd：YVO4，Nd：GdVO4，Nd：GdxLa1-xVO4以及Nd：YxLa1-xVO4已经被证明性能非常优良。Nd：LuVO4晶体是具有锆石结构的钒酸盐，它在1996年用Czochraiski方法生长出来。2002年，法国人C.Maunier等人用熔岩法生长了Nd：LuVO4，并系统的研究了其作为激光晶体的性能，从其光谱和激光性能来看，Nd：LuVO4应该是一种很优秀的激光晶体。C．Maunier等实现了Nd：LuVO4在1066nm处的激光输出（用钛蓝宝石连续激光泵浦，输出功率达到80mW，斜率为60-66％，泵浦阐值为30mW）。山东大学晶体所的张怀金等用Czochralski方法生长出了Nd：LuVO4。当Nd：LuVO4晶体用连续输出的光纤藕合半导体激光阵列泵浦时，在1064nm的波长上其输出功率达到530mW（此时泵浦功率为2.76W），斜率为23.1％，光光转换效率为19.3％，虽然其转换效率并不是很高，但是其输出功率第一次达到530mw，这说明Nd：LuVO4晶体其激光性能十分优良，应该成为一种优良的激光材料。但是目前对于Nd：LuVO4晶体的研究还只是处于起步阶段，其性能尚须要进一步的研究。因此，本论文主要对Nd：LuVO4晶体进行研究，进行了以下几方面的工作：为了确定Nd：LuVO4晶体的内部结构，在Jasco Ventuno21喇曼谱仪上测量了晶体的室温喇曼光谱，并且指认了晶体的喇曼位移。分析了Nd：LuVO4晶体的空间群结构，利用结晶学国际表中I41／amd对称操作的俯视图和相关信息，由商群理论，按照I41／amd空间群的乌可夫位置，理论计算Nd：LuVO4晶体的喇曼振动模式，得到了晶体的振动模数，为72个简正振动模，与原子数24对应的72个自由度正好相等。由点群D4h的特征标可知，3A1g、5B1g和4B2g为Raman活性光学模，10Eg为喇曼活性二重简并光学模，其余均为非Raman。因此，从理论上讲，扣除简并情况，Nd：LuVO4晶体最多能观测到32支Raman活性光学模，这与实验结果非常吻合。测量了Nd：LuVO4晶体的红外吸收谱，并根据Nd：LuVO4晶体的简正振动模式的对称性分类，由点群D4h的特征标可知晶体的具有红外活性的模为4A2u和9Eu，因为有些峰的的强度太弱，从实验测得的光谱图中只能观察到八个峰。并且由于Nd：LuVO4晶体具有对称中心，因此其红外谱没有和喇曼谱重合的谱带。测量了Nd：LuVO4晶体的室温吸收光谱和室温荧光光谱。由Nd：LuVO4晶体的吸收光谱，我们可以看到Nd：LuVO4晶体的吸收波长在808nm附近，与己经商品化的GaAlAs LD的发射波长能很好地匹配，可以有效地增加泵浦光的吸收效率。由Nd：LuVO4晶体的荧光光谱，可以看出，晶体的主要发射波长分别为1065nm和1343nm，其中波长为1065nm的发射峰是所有发射峰中最强的。1065nm波长的激光经过KDP或KTP倍频以后，可形成532nm的绿光。利用J-O理论，计算出了Nd：LuVO4晶体的吸收截面和发射截面。对激光晶体而言，热问题是十分重要的。激光工作物质体块的热效应和对工作物质的表面冷却联合效应的应力可导致激光工作物质的开裂。为此，我们测量了Nd：LuVO4晶体的热膨胀系数、热扩散系数和比热，并由此计算出了晶体的热导率。