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本文主要研究了几种非线性光学晶体材料的生长和性质,包括:Na3La9O3(BO3)8晶体的生长和性质,Er和Yb掺杂的Na3La9O3(BO3)8晶体生长和光谱性质研究,Na3La2O(BO3)3晶体的生长和性质研究,K3Al2(PO4)3的晶体生长和新化合物K9Al3(PO4)6的发现。主要内容如下:
1.以Na2CO3-H3BO3-NaF作助熔剂,采用顶部籽晶法生长出了Na3La9O3(BO3)8晶体,讨论了助熔剂体系、温度梯度以及温场对晶体生长的影响。重新测量了晶体的折射率和非线性光学系数,重新测得的非线性光学系数d22(NLBO)=(5.925±0.171)d36(KDP)=(2.31±0.07)pm/V.远远大于文献报道值。利用NLBO晶体分别进行了在800nm和1064nm处的倍频实验,800nm处入射激光的功率是612mW时,输出倍频光最大功率112mW,最大转化效率为18.3％。在1064nm,当入射光功率是7.08mW时,使用NLBO晶体的输出功率为4.05mW,对应的转化效率为57.2％。
2.采用助熔剂法分别生长得到了Er:NLBO晶体和Yb:NLBO晶体。使用电感耦合等离子体-原子发射光谱仪分别测定了Er:NLBO晶体和Yb:NLBO晶体的元素成分,计算了相应的分凝系数,Er3+离子的有效分凝系数为deff=0.32,Yb3+离子的有效分凝系数deff=0.27。测试了Er:NLBO晶体和Yb:NLBO晶在室温的偏振吸收光谱和荧光光谱。测量了两种晶体的荧光寿命,分别为Er:NLBOτf=2.33ms和Yb:NLBOτf=1.05ms。根据Judd-Ofelt理论,计算Er:NLBO晶体的光谱参数,结果显示Er:NLBO与Er:YAG参数相近。采用倒易法计算了Yb:NLBO的光谱参数,结果显示Yb:NLBO与Yb:GdCOB参数相当。表明Er:NLBO晶体和Yb:NLBO晶体满足激光运转的基本要求。由于NLBO具有较大的倍频效应,因此同时Er:NLBO晶体和Yb:NLBO晶体可能成为一种潜在的自倍频晶体。
3.以NaF和Na2O-B2O3-NaF为助熔剂,分别生长了Na3La2(BO3)3晶体,探索了适合生长晶体的合适助熔剂比例,长出了30 mm×20 mm×10 mm的透明单晶。对所得晶体显露面定向,应用PBC理论分析了晶体内部结构和外形的关系。
4.使用助熔剂法生长了K3Al2(PO4)3晶体,K3AL2(PO4)3晶体的透过光谱显示其截止边在180nm,但是在300nm处存在吸收台阶,K3Al2(PO4)3晶体的粉末倍频效应与KDP相当。通过对K2O-Al2O3-P2O5体系探索,发现了新化合物K9Al3(PO4)6,采用助熔剂法获得单晶,使用X射线单晶衍射对其结构进行了解析,K9Al3(PO4)6空间群为P21/c,晶胞参数为a=20.289(4)(A),b=9.835(2)(A),c=13.521(3)(A),β=100.56(3)°,由于结构有对称中心,不具有非线性效应。热分析结果显示K9Al3(PO4)6在872℃同成分熔融。K9Al3(PO4)6包含[Al3P6O24]n9n-的三维空间网络结构,并且有三个通道,分别为六元,八元,十元。