首页> 正文

双钨酸盐拉曼激光晶体的生长及物性研究

2020-11-28阅读(1023)

双钨酸盐拉曼激光晶体的生长及物性研究

论文摘要

一般而言,研究新波长的激光有两个方向:一是探索新的激光晶体;二是通过非线性介质对已有的波长进行频率转换。目前采用激光拉曼技术建立的全固态拉曼激光器成为研究的一个热点。拉曼激光介质是拉曼激光器进行频率转换的核心部分,因此研究高质量的、稳定高效的拉曼激光晶体成为材料领域的研究热点之一。KGd（WO4）2（KGW）晶体和KY（WO4）2（KYW）晶体很早就被证实为高效实用化的拉曼激光晶体,尤其是掺杂钕离子的KGW晶体得到了详尽的研究,H.M.Pask采用Nd:KGW晶体实现了自拉曼连续激光运转,获得了800mW的散射光输出。KGW晶体属于单斜晶系,由于结构的低对称性使得它的物理性质出现各项异性,KGW晶体还具有优良的激光、物理和化学性质,被认为是理想的激光基质材料。KLuW和KYbW晶体与KGW晶体同属于单斜晶系,具有相近的结构和物理性质。对这一系列晶体进行系统充分的研究,具有重要的理论和应用价值。本论文的主要研究内容包括:一、单斜双钨酸盐类晶体的生长:目前已经能够稳定且重复的生长出高质量大尺寸的单斜双钨酸钾盐类晶体,包括KLuW,KYbW,Nd:KLuW,Tb:KLuW,Yb,Tm:KLuW等晶体,采用c向籽晶进行生长,晶体利用率高,能够加工出满足受激拉曼实验要求的样品;四方双钨酸钠盐类晶体（NaLuW,NaYbW,NaTmW）的生长:已经生长出较大的能够满足基本光谱及热学测试的晶体;探索生长了KxNa1-xLuW类和KLuxGd1-xW类晶体的生长。上述晶体因为在熔点一下有玻璃相转变温度,所以不能采用提拉法进行生长。本文中我们采用的是高温溶液法中的顶部籽晶法进行生长。二、测试了晶体的基本性质,包括密度、折射率、元素分析和晶体缺陷等。采用浮力法测试的KYbW晶体密度为7.56 g·cm-3,与理论计算的结果(7.61g·cm-3)相近;采用棱镜耦合仪测试了晶体的折射率,计算出光轴角V＜45°,可知晶体光性符号为正光性。因为测量不同的物理性质需要在不同的坐标系统中进行,同时要考虑到不同的加工方向,对于低对称性晶体方向的选择尤为重要,我们将五种坐标系进行了详细说明,总括的分析了单斜晶系晶体的各向异性。三、采用高温X射线粉末衍射方法结合差热和热重实验,分析KYbW晶体和Nd:NaLuW晶体的结构及相变信息,所做的实验结果吻合:在高温X射线粉末衍射实验中,发现了两次峰形的较大变化,一次（1000℃—1100℃）是因为发生了熔化,一次（800℃—900℃）是发生了相变;差热实验中同样出现两个吸热峰,分别对应熔化峰（1000℃—1100℃）和二级相变吸热（800℃—900℃）。而且两种实验发生的温度范围吻合,说明KLuW系列晶体及Nd:NaLuW（NaYbw,NaTmW）晶体在熔点以下都存在二级相变,温度区间为800℃—900℃。热重曲线中,只能看出熔化后的失重,二级相变时曲线未有变化。四、研究了晶体的热学性质,其中包括晶体的差热和热重分析、比热、热膨胀、密度随温度的变化、热扩散系数和热导率。由热膨胀曲线拟和了KYbW晶体的密度随温度变化的曲线,在测试温度范围内晶体的密度从7.555g/cm3变化到7.463 g/cm3。通过热膨胀及热扩散系数的实验,看出单斜双钨酸盐类晶体的物理性质确实具有较大的各项异性。五、主要研究了Nd3+掺杂的各类晶体的光谱性质,采用J-O理论对光谱参数进行计算,并把各类晶体的主要参数进行了比较,结果显示KLuW晶体在这一系列晶体中性能优良;同时研究了不同掺杂离子的晶体的光谱特性,探索输出激光的可行性。六、测试了晶体不同几何配置下的普通拉曼光谱和红外吸收谱,根据空间群理论分析了晶体的晶格振动模式并与实验结果相比较,对观察到的振动模进行了指认。在X（ZZ）（?）配置下,观察到了两个强的拉曼峰,对应波数分别为761cm-1和911cm-1,谱线的半峰宽分别为15.6cm-1和10.4 cm-1,对应的弛豫时间分别为0.68ps和1.02ps,因此说明Nd:KLuW晶体是非常有前途的皮秒脉冲固态受激拉曼散射介质。七、进行了KLuW晶体的受激拉曼实验,采用的样品尺寸分别为3×3×12mm3和6×6×24.6mm3,通光方向分别为b向和c向,即物理学坐标轴的Y向和Z向,转换效率分别为16.42%和7.77%,脉冲宽度分别为8.309ns和27.41ns。重点研究了通光方向为b向时,散射光能量及脉冲随泵浦功率的变化关系。八、实现了不同掺杂Nd3+浓度的KLuW晶体的连续激光输出;实现了Nd3+掺杂的不同晶体的激光输出。实验结果和采用J-O理论预测的结果一致,Nd:KLuW晶体的激光性能明显优于同类晶体。

论文目录

  • 目录
  • CATALOG
  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 稀土激光晶体
  • 1.3 激光频率转换晶体
  • 1.3.1 二阶非线性光学晶体
  • 1.3.2 拉曼激光晶体
  • 1.4 拉曼散射理论简介
  • 1.4.1 拉曼散射的经典理论
  • 1.4.2 拉曼散射的量子理论
  • 1.4.3 选择定则、拉曼活性和退偏度
  • 1.4.4 共振拉曼、电子拉曼和非线性激光拉曼效应
  • 1.5 受激拉曼散射效应
  • 1.6 KReW晶体的研究现状
  • 1.7 本论文的研究内容
  • 参考文献
  • 第二章 晶体生长
  • 2.1 引言
  • 2.2 生长方法与装置
  • 2.3 单晶生长
  • 2.4 影响晶体生长的因素
  • 2.4.1 助熔剂
  • 2.4.2 温场
  • 2.4.3 工艺参数
  • 2.4.4 籽晶
  • 2.5 晶体基本性质测试
  • 2.5.1 密度
  • 2.5.2 折射率
  • 2.5.3 晶体方向说明
  • 2.6 本章小结
  • 参考文献
  • 第三章 晶体的结构、缺陷表征及元素分析
  • 3.1 晶体的结构表征
  • 3.1.1 黑钨矿类结构晶体
  • 3.1.2 白钨矿类结构晶体
  • xK1-xLuW类晶体'>3.1.3 NaxK1-xLuW类晶体
  • 3.2 晶体的缺陷研究
  • 3.2.1 化学腐蚀法
  • 3.2.2 晶体的摇摆曲线
  • 3.3 晶体的元素分析
  • 3.4 本章小结
  • 参考文献
  • 第四章 KLuW和KYbW晶体的热学性质
  • 4.1 KLuW晶体的热学性质
  • 4.1.1 DTA曲线和热重分析
  • 4.1.2 比热
  • 4.1.3 热膨胀
  • 4.1.4 热导
  • 4.2 KYbW晶体的热学性质
  • 4.2.1 差热和热重分析
  • 4.2.2 比热
  • 4.2.3 热膨胀
  • 4.2.4 密度随温度的变化
  • 4.2.5 KYbW晶体的热扩散系数和热导率
  • 4.3 四方双钨酸盐类晶体的热学性质表征
  • 4.3.1 NaLuW,NaYbW,NaTmW
  • 0.5K0.5LuW'>4.3.2 Nd:Na0.5K0.5LuW
  • 4.4 本章小结
  • 参考文献
  • 第五章 稀土离子掺杂双钨酸盐晶体的光谱性质研究
  • 5.1 引言
  • 5.2 钕离子掺杂晶体的光谱性质
  • 5.2.1 吸收参数和发光参数的的计算
  • 5.2.2 Nd:KLuW晶体的光谱特性
  • 5.2.3 Nd:NaLuW晶体的光谱性质
  • 0.25K0.75LAW晶体的光谱性质'>5.2.4 Nd:Na0.25K0.75LAW晶体的光谱性质
  • 5.2.5 Nd,Yb:KLuW晶体的光谱性质
  • 5.3 其他离子掺杂KLuW晶体的光谱性质
  • 5.3.1 Dy:KLuW晶体的光谱性质
  • 5.3.2 Tb:KLuW晶体的光谱性质
  • 5.3.3 Tm,Yb:KLuW晶体的光谱性质
  • 5.4 本章小结
  • 参考文献
  • 第六章 晶体的激光性质研究
  • 6.1 KLuW晶体的拉曼光谱和红外光谱分析
  • 6.1.1 晶格振动群论分析
  • 6.1.2 Nd:KLuW晶体的拉曼光谱拉曼谱图分析
  • 6.1.3 红外谱图分析
  • 6.2 KLuW晶体的受激拉曼性质研究
  • 6.2.1 b-cut KLuW晶体的受激拉曼实验
  • 6.2.2 c-cut KLuW晶体的受激拉曼实验
  • 6.3 连续激光输出
  • 6.3.1 不同钕离子浓度的Nd:KLuW晶体激光性质研究
  • 0.25K0.75LuW晶体的激光性质研究'>6.3.2 Nd:Na0.25K0.75LuW晶体的激光性质研究
  • 6.3.3 Nd:KYGdW晶体的激光性质研究
  • 6.4 本章小结
  • 参考文献
  • 第七章 总结
  • 7.1 结论
  • 7.2 主要创新点
  • 7.3 有待进一步开展的工作
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表的论文
  • 攻读学位期间获得的奖励
  • 附发表文章
  • 学位论文评阅及答辩情况表

    • 相关论文文献

    • [1].基于拉曼增强的环境微量污染物监测[J]. 化工设计通讯 2019(11)
    • [2].主动调Q次级拉曼模激光器的研究[J]. 光学学报 2020(06)
    • [3].基于次级拉曼模的固体激光器的数值模拟研究[J]. 中国激光 2020(05)
    • [4].基于绝对拉曼差谱技术的白酒乙醇浓度测量[J]. 光谱学与光谱分析 2020(07)
    • [5].基于空间外差的三叶草拉曼特征光谱测量实验研究[J]. 光谱学与光谱分析 2020(07)
    • [6].中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞拉曼分选仪[J]. 中国科学院院刊 2018(11)
    • [7].用外腔半导体激光获取强荧光物质的拉曼特征峰位[J]. 物理实验 2017(02)
    • [8].CO_2-CH_4-N_2-TBAB水合分离体系的拉曼测试分析[J]. 黑龙江科技大学学报 2017(04)
    • [9].一个问号成就的辉煌[J]. 读与写(初中版) 2017(03)
    • [10].翡翠检测中显微拉曼技术的运用[J]. 神州 2013(23)
    • [11].野心优雅——拉曼恰[J]. 酒世界 2014(01)
    • [12].基于拉曼镊子的发酵过程单细胞分析：应用与展望[J]. 广西科学院学报 2020(03)
    • [13].拉曼直角反射共焦腔检测空气中二氧化碳[J]. 光谱学与光谱分析 2020(02)
    • [14].单细胞拉曼分选技术在大肠杆菌分离中的应用[J]. 生物化工 2020(02)
    • [15].大米拉曼特征峰的鉴别研究[J]. 农家参谋 2020(07)
    • [16].A·R·拉曼:决胜奥斯卡[J]. 流行歌曲 2009(03)
    • [17].球形银纳米粒子的制备及其表面增强拉曼活性研究[J]. 长春大学学报 2017(02)
    • [18].新型半导体纳米材料:让待检分子的拉曼信号放大1000万倍[J]. 应用技术学报 2017(02)
    • [19].拉曼高光谱成像系统中光在奶粉层的穿透深度研究[J]. 光谱学与光谱分析 2017(10)
    • [20].基于显微拉曼对氮胁迫下微藻油脂变化的研究[J]. 光谱学与光谱分析 2017(10)
    • [21].钒酸钇晶体皮秒拉曼放大器特性的研究[J]. 中国激光 2013(10)
    • [22].超长距光传输拉曼放大器处理方案研究[J]. 云南电力技术 2014(02)
    • [23].马来西亚拉曼大学中医课程之设计思路分析[J]. 南京中医药大学学报(社会科学版) 2011(01)
    • [24].C波段单泵浦光子晶体光纤拉曼放大器[J]. 科学通报 2009(13)
    • [25].碳材料拉曼测试中激发光能量的选择[J]. 化工时刊 2020(06)
    • [26].基于群论的PAHs分子偏振拉曼去噪[J]. 光谱学与光谱分析 2017(07)
    • [27].拉曼光谱的研究进展[J]. 西部皮革 2017(12)
    • [28].金纳米棒的制备及其表面增强拉曼活性研究[J]. 应用技术学报 2017(03)
    • [29].拉曼增益对三类有限背景解传输特性的影响[J]. 量子光学学报 2016(03)
    • [30].天才拉曼的故事[J]. 少儿科技 2019(10)

    标签：;  ;  ;  ;  ;  ;  

    双钨酸盐拉曼激光晶体的生长及物性研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕速过 版权所有 鄂ICP备12018319号-5