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探索具有高增益系数、高光学损伤阈值、大的Raman频移、机械性能和热性能稳定及生长性能优异的新型Raman晶体是固体Raman激光器研究与开发的热点之一。硼酸盐结构类型丰富,具有宽的透光范围、高的光损伤阈值、较好的热稳定性和化学稳定性,是探索新型Raman晶体非常理想的体系。本论文通过对材料的合成、单晶生长以及Raman性能的研究,从硼酸盐化合物中选择出Raman性能和物化性能较好的Ca3(BO3)2,对其展开了系统的研究。此外还利用高温Raman光谱研究了YBO3的相变。
本论文的主要研究工作如下:
1.采用泡生法生长出了尺寸为Φ45 mm×10 mm,重28.30 g的Ca3(BO3)2晶体。对晶体形貌及物化性能进行了分析研究。
2.尝试采用助熔剂法生长Ca3(BO3)2晶体。选择的助熔剂包括:KCl、LiCl、Na2O、MoO3、Li4Mo5O17、CaMoO4、B2O3、Li3BO3和Li3BO3-B2O3。
3.测量了Ca3(BO3)2晶体的室温Raman光谱,最强的Raman峰位于928 cm-1,线宽11cm-1,对应的驰豫时间1 ps。有望利用该晶体对532 nm、1.3μm激光进行Raman变频,分别得到560 nm黄光和1.5μm人眼安全激光。
4.利用因子群对称分析法和位置群对称分析法对Ca3(BO3)2晶体的振动模式进行了分析,得到其晶格振动的对称性分类,与实验测得的Raman光谱进行了比对。并研究了Ca3(BO3)2晶体不同几何配置下出射光强与激光入射和偏振方向的关系。
5.通过高温Raman光谱观测了YBO3微观结构基团在升降温过程中的相变规律及硼配位数的变化,证实了高温相中平面三角BO3基团的存在,并解释了相变过程的热滞后现象。