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Nd：YbVO4激光晶体的结构及光谱热学性质研究

2020-12-01阅读(926)

Nd：YbVO4激光晶体的结构及光谱热学性质研究

论文摘要

晶体作为固体激光器的主要物质之一，因为其优良的光学、物化、机械和热学等性能而成为研究的重点，并得到应用与发展。自1961年首次观察到Nd3+离子在CaWO4晶体中的激光输出以来，Nd3+离子由于其丰富的离子能级，且其808nm的吸收峰与泵浦源的泵浦波长相匹配，以及较大的吸收和发射截面的特性，成为激光晶体中普遍使用的激活离子。Nd3+离子掺杂到不同的钒酸盐基质晶体中，其中Nd：YVO4晶体已经成为商用中小型激光器的主要材料，而Nd：GdVO4晶体则更适用于高功率LD泵浦的固体激光器。我们所研究的Nd：YbVO4晶体作为一种新型的掺Nd3+离子的激光晶体，其易于加工，化学性质稳定，具有良好的光学均匀性和热学特性。综上，对该晶体的研究不但完备了对掺稀土离子钒酸盐晶体的光学和热学性能认识，而且为下一步的激光特性打下基础。本论文主要研究如下：一、总结了固体激光器的发展过程、应用、特点，从激光晶体的分类、优良的激光晶体所具备的特点入手说明了晶体作为固体激光器工作物质之一的优势。总结了Nd3+离子作为掺杂离子在晶体中的发光特点以及各种掺Nd3+离子的激光晶体在应用上的优缺点。二、介绍了晶体的晶格振动光谱，包括拉曼光谱和红外吸收光谱。介绍了拉曼光谱的的经典和量子理论，并与红外吸收光谱相比较，明确了其各自的特点，并对振动光谱的选择定则进行了详细的阐述。通过商群理论，对Nd：YbVO4晶体的简正振动模进行了分类，确定了晶体的拉曼活性振动模，分别为5A1g、7B1g、282g、10Eg，以及红外活性振动模，分别为2A2g、9Eu，并利用共焦显微拉曼光谱仪通过选取四个不同的几何配置测得了其偏振拉曼光谱，利用红外光谱仪测量了红外吸收光谱，并指认了各拉曼和红外活性振动模所对应的振动频率，确认了YbVO4晶体适宜Nd3+离子的掺杂。全面的研究了VO43+离子集团的振动方式。三、介绍了J-O理论及公式，测量了Nd：YbVO4晶体的紫外-可见-近红外吸收谱，得到了中心波长为808nm吸收峰的半高宽为12nm，并在J-O理论的基础上，计算了晶体的光学参数，其三个晶场参数分别为Ω2=6．88945×10-20cm2、Ω4=4．13394×10-20cm2、Ω6=4．54503×10-20cm2，并由此得到4F3／2能级的荧光寿命为178．69μs，1062nm处的荧光分支比为48．85％，积分发射截面为2．7867×10-18cm2。分别在808nm、940nm激发下测得晶体室温发射谱，观察到了Nd→Yb以及Nd→Yb间的能量传递现象，测量了在1020、1062nm发射的晶体的激发谱。四、简单的介绍了物质热膨胀的物理意义，实验中测量了Nd：YbVO4晶体三个方向的热膨胀系数，分别为αa=2．5×10-6／K、αb=2．6×10-6／K、αc=8．7×10-6／K。阐述了固体的热容与比热，实验中得到的定压比热为129．46-186．99 J／K·mol。列举了热传导的宏观与微观规律，利用晶体的密度和比热计算了热导率，得出a向和c向的热导率都随温度的升高而降低，且c向的热导率高于a向，比较了几种结构上相似的晶体的热学性质，Nd：YbVO4晶体的热学性能适中，适于中小功率激光器。

论文目录

  • 目录
  • Table of Contents
  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1-1 固体激光器
  • 1.1.1 固体激光器发展及应用
  • 1.1.2 固体激光器特点
  • 1-2 激光晶体的发展及特点
  • 1.2.1 激光晶体的特点
  • 1.2.2 激光晶体的发展
  • 1.2.3 优良的激光晶体具备的特点
  • 1-3 稀土离子与稀土激光晶体
  • 1.3.1 稀土离子的特点
  • 3+离子的特点'>1.3.2 Nd3+离子的特点
  • 3+离子的激光晶体的特点'>1.3.3 几种掺Nd3+离子的激光晶体的特点
  • 1-4 本论文的研究工作
  • 参考文献
  • 4晶体的晶格振动光谱研究'>第二章 Nd:YbVO4晶体的晶格振动光谱研究
  • 2-1 引言
  • 2-2 简正坐标与简正振动
  • 2-3 拉曼与红外光谱简介
  • 2.3.1 拉曼散射的经典理论
  • 2.3.2 拉曼散射的量子理论
  • 2.3.3 红外吸收光谱
  • 2.3.4 普遍选择选择定则
  • 2.3.5 对称性下的选择定则
  • 4晶体的对称性分析'>2.3.6 晶体的对称性及Nd:YbVO4晶体的对称性分析
  • 4晶体的拉曼光谱分析'>2-4 Nd:YbVO4晶体的拉曼光谱分析
  • 2.4.1 实验仪器、样品制备及实验配置
  • 2.4.2 拉曼光谱结果分析及讨论
  • 4晶体的红外光谱分析'>2-5 Nd:YbVO4晶体的红外光谱分析
  • 2.5.1 实验仪器、样品制备
  • 2.5.2 红外光谱结果分析及讨论
  • 2-6 本章小结
  • 参考文献
  • 4晶体的光谱研究'>第三章 Nd:YbVO4晶体的光谱研究
  • 3-1 引言
  • 3-2 稀土离子发光概述
  • 3-3 J-O理论
  • 3.3.1 J-O理论简介
  • 3.3.2 J-O理论的应用方法
  • 3-4 稀土离子间的能量传递
  • 4晶体的吸收光谱'>3-5 Nd:YbVO4晶体的吸收光谱
  • 4晶体的吸收光谱简介及实验配置'>3.5.1 Nd:YbVO4晶体的吸收光谱简介及实验配置
  • 4晶体的吸收光谱实验结果及讨论'>3.5.2 Nd:YbVO4晶体的吸收光谱实验结果及讨论
  • 3.5.3 运用J-O理论对光学参数的计算
  • 4晶体的荧光光谱'>3-6 Nd:YbVO4晶体的荧光光谱
  • 4晶体的荧光光谱简介及实验配置'>3.6.1 Nd:YbVO4晶体的荧光光谱简介及实验配置
  • 4晶体的发射光谱'>3.6.2 Nd:YbVO4晶体的发射光谱
  • 4晶体的激发光谱'>3.6.3 Nd:YbVO4晶体的激发光谱
  • 3-7 本章小结
  • 参考文献
  • 4晶体的热特性研究'>第四章 Nd:YbVO4晶体的热特性研究
  • 4-1 引言
  • 4-2 晶体的热膨胀及其测试方法
  • 4.2.1 线热膨胀的定义
  • 4.2.2 热膨胀的物理实质
  • 4晶体的热膨胀测量'>4.2.3 Nd:YbVO4晶体的热膨胀测量
  • 4-3 晶体的比热及其测量
  • 4.3.1 固体的热容与比热
  • 4.3.2 晶体比热的测量
  • 4-4 晶体的热导率及其测量
  • 4.4.1 热传导的宏观规律
  • 4.4.2 热传导的微观规律
  • 4晶体的热导率测量'>4.4.3 Nd:YbVO4晶体的热导率测量
  • 4-5 本章小结
  • 参考文献
  • 第五章 总结
  • 5-1 主要结论
  • 5-2 创新点
  • 5-3 有待深入解决的问题
  • 致谢
  • 攻读硕士期间发表的学术论文与参与的课题
  • 学位论文评阅及答辩情况表

    • 相关论文文献

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