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钽酸锂(LiTaO3,简称LT)晶体与铌酸锂(LiNbO3,简称LN)具有相同的结构,属三方晶系,3m点群,是一种具有优良的电光、声光、压电、非线性、光折变及激光性能的多功能人工晶体,被广泛应用在光电转换、调Q开关、红外探测器,电光调制器及声表面滤波器等方面,人们对LT晶体的质量和性能提出了越来越高的要求。结合准相位匹配技术,生长与研究掺杂稀土元素的LT晶体,实现激光自倍频输出,是今后激光晶体发展的重要方向之一。研究表明,在LT晶体中掺杂适量的Mg可以大幅度提升晶体各方面的性能。
本文采用提拉法生长出了无宏观缺陷、光学质量较好的Mg,Re:LT(Re=Yb,Nd)晶体,并通过多种分析测试方法对晶体的缺陷结构和光学性能进行了研究,评估了其在激光自倍频方面的应用前景。
本文主要内容包括以下几个方面:
(1)详细记述了提拉法生长Mg,Yb:LT晶体的工艺过程,包括配制原料、混料、烧料、晶体生长、极化等工艺参数,并成功生长出了2at%Mg,1at%Yb:LT、2at%Mg,2at%Yb:LT、2at%Mg,5at%Yb:LT晶体。
(2)使用ICP-AES方法对Mg,Yb:LT晶体进行了有效分凝系数的测试,并根据测试结果验证了掺杂缺陷模型,即低Yb3+离子浓度掺杂下主要形成Mg+Li-Yb2- Ta- Mg+Li缺陷缺陷结构,而随着稀土元素掺杂浓度的进一步升高,则会形成V-Li-Yb2+ Li- Yb2- Ta-Yb2+ Li V-Li缺陷结构。
(3)X-射线粉末衍射实验结果表明提拉法生长的Mg,Yb:LT晶体结晶度非常好,Mg与Yb的掺杂并没有改变LT晶体的结构,只是晶胞参数有所变化,进一步验证了该缺陷模型。
(4)测试了Mg,Yb:LT晶体的紫外吸收边,结果表明,随着Yb3+离子掺杂浓度提高,紫外吸收边发生了红移,与缺陷模型吻合较好。
(5)对Mg,Yb:LT晶体的吸收谱、荧光谱、荧光寿命等进行了测试与分析,进行了光谱参数计算,并评估了LT晶体作为激光基质以及在激光自倍频方面的应用前景。
(6)用提拉法生长了2at%Mg,0.5at%Nd:LT晶体,对其有效分凝系数、晶体结构、电滞回线、光学性能等进行了测试与分析,并用J-O理论进行了光谱参数计算。
(7)对2at%Mg,0.5at%Nd:LT晶体进行了激光实验,并实现了375 mw的激光输出。