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激光雷达发射机。人眼安全的2m波段激光器可以代替Nd:YAG和CO2激光器用于全固体脉冲相干雷达、测量大气风速和探测大气气溶胶流。调q 2m激光器还可以用于高度测量、地形测量、测距等。该雷达发射机的分辨率可提高8-10倍,在***和环境监测中具有重要的应用前景。
(3)中红外3 ~ 5 m光学参量振荡器泵浦源。2m激光是定向红外干扰源的比较好泵浦源之一——中红外3 ~ 5微米光学参量振荡器。 Tm:YAP晶体的激光性能多少?西藏专业抛光TmYAP
基于以上重要的应用价值,2m激光一直是激光发展的重要方向之一。早在1962年,Johnson L F团队就报道了掺Ho3和掺TM3的2M带的激光输出是在钨酸钙(CaWO4)晶体中中实现的[9]。然后,该小组从理论上研究了钼酸钙(CaMoO4)晶体中,中er3与Tm3或Ho3之间的能量转移机制,并通过使用氙灯泵浦获得了Tm3的1.9115和1.9060m激光输出以及Ho3的2.0740、2.0707和2.0556m激光输出。1965年,他们分别用钨灯和氙灯泵浦实现了Cr3/Er3 敏化的Tm:YAG、Ho:YAG脉冲和连续激光输出[11]。此后,Er2O3、HoF3等晶体中中Tm3 /Ho3的激光输出陆续有报道[12][13]。但这些实验需要在液氮温度(77K)下进行,门槛较高,给实际操作带来困难。4at%Tm:YAP激光实验在同样条件下进行,输出耦合镜的透射率为10%,样品尺寸为3×3×5mm3,垂直c向切割。达到阈值所需要的泵浦功率约4.4W,当泵浦功率为24W时,实现最大功率8.1W的激光输出,波长1.935mm,斜效率达42%,如图4-24。
5at%Tm:YAP晶体在同样的泵浦功率密度下,晶体端面发生脆裂,这可能与5at%Tm:YAP晶体局部吸收功率过高以及热力学性能较差有关。 海南TmYAPTm:YAP晶体光谱参数及能量转移参数计算方式?
由以上激光实验结果来看,4at% Tm:YAP晶体激光性能比较好,因此我们认为在我们所生长的Tm:YAP晶体中,4at%为比较好化的掺杂浓度。Tm:YAP晶体能量转移参数计算
(1)多声子弛豫几率
通过公式3-12可计算Tm:YAP晶体中的多声子弛豫几率,其中Ep、C、a由文献[71]可知分别为:600cm-1、6.3×109s-1、4.7×10-3cm,结合以上能级数据,可得出每一能级向下能级跃迁的多声子弛豫几率
2)能量传递速率
本论文中我们假设1at%Tm:YAP浓度足够低,交叉弛豫可忽略不计,通过1at%Tm:YAP吸收和发射光谱对Tm:YAP中Tm3+能量转移的微观参数进行了估算。其中施主离子与受主离子间能量交叉弛豫参数CD-A采用3H4→3F4发射截面(F-L公式计算)与3H6→3F4吸收截面交叠积分代入公式3-18计算,计算结果为:CD-A=1.53×10-40cm6/s
。
本章通过对1at%、3at%、4at%、5at%及15at%Tm:YAP晶体生长、结构、热力学性质、光谱性质及激光性能研究,得出主要结论如下:
1. 由于Tm3+半径小于Y3+,随Tm3+的掺杂浓度增大,Tm:YAP晶格常数减小,Tm3+在Tm:YAP晶体中分凝系数大于0.8。
2. Tm:YAP晶体热导率随掺杂浓度增大而明显减小,并且随温度升高减小,这一性质对Tm:YAP激光运转不利,在激光实验中需进行有效冷却。
3. 对于3at%Tm:YAP晶体的缺陷进行分析,认为该晶体颜色较深是由Fe离子存在造成。
4. 根据所测得的低温光谱,给出了Tm:YAP的能级结构。
5. 随掺杂浓度增加,Tm:YAP晶体吸收系数线性增加;荧光光谱上1.4mm对应3H4→3F4跃迁发射峰强度明显减弱,而1.9mm对应3F4→3H6跃迁发射峰强度先增大而后减小,15at%Tm:YAP*有微弱发射峰,说明随Tm3+浓度增加, 3H4+3H6→3F4+3F4交叉弛豫增强,当浓度增大到一定值时,Tm3+容易形成Tm3+团簇而出现浓度淬灭;3F4能级寿命随浓度增大呈先增大后减小趋势,15at%浓度寿命降低到0.88ms。 Tm:YAP晶体的吸收谱。
Tm:YAP晶体结构及分凝系数如前所述,YAP晶体属正交晶系畸变钙钛矿结构,空间群为D162h (Pnma),其结构示意图如图4-2所示,其中Al3+的配位数为6,处于氧八面体的中心,而Y3+的配位数是12,处于氧配位多面体的中心。Y-O键间距离2.62Å,使稀土离子很容易取代Y3+进入晶格1。
我们通过XRD测试对所生长Tm:YAP晶体结构进行分析。不同浓度Tm:YAP与纯YAP的XRD谱比较,其中掺Tm3+YAP晶体与纯YAP晶体的衍射图谱完全一致,没有出现杂峰,说明Tm:YAP晶体结晶完整,呈完好的YAP相。
不同浓度Tm:YAP与纯YAP的XRD谱
根据衍射数据算得不同浓度Tm:YAP晶体的晶胞参数示,其晶格常数a、b、c及晶胞体积分别略小于纯YAP相应值,并且基本上随Tm3+掺杂浓度增大而进一步减小,但总得说来,基质晶体结构的畸变较小。这主要是因为Tm3+与Y3+同属于镧系的三价稀土离子,Tm3+的半径0.88 Å略小于Y3+的半径(0.9 Å),因此Tm3+的掺入使晶胞参数略微减小而不会改变YAP基质晶体的结构。 Tm:YAP晶体提拉法生长的吗?天津抛光TmYAP
Tm:YAP晶体能量转移参数计算结果如何?西藏专业抛光TmYAP
由于Tm:YAP的各向异性特性,我们采用TPM法计算了其JO参数。对三个方向的非偏振吸收谱,选取3H6→3F4、3H5、3H4、3F2、3及1G4吸收峰进行积分,利用公式3-1计算得实验谱线强度(折射率n取1.93),并利用公式3-2拟合得JO参数:
Ω2=0.8×10-19cm2,Ω4=1.6×10-19 cm2,Ω6=1.1×10-19 cm2
均方根偏差1.51×10-22 cm2,说明拟合结果较好。拟合得到的JO参数与文献[71]报道的比较接近(Ω2=0.67×10-19cm2,Ω4=2.3×10-19 cm2,Ω6=0.74×10-19 cm2)。
通过JO参数可以对Tm3+荧光性质进行预测,这里我们计算了3F4、3H4能级到低能级跃迁谱线强度S、辐射跃迁几率A、荧光分支比β及辐射寿命τ 西藏专业抛光TmYAP