新型掺镱钼酸盐类激光晶体的生长及发光特性研究硕士学位论文.doc

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1、大学硕士学位论文题名：新型掺镱钼酸盐类激光晶体的生长及发光特性研究The Research on Growth and Optical Property of Novel Molybdate Laser Crystal Doped with Ytterbium独 创 性 声 明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：

2、签字日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解 有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名： 导师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日学位论文作者毕业后去向：工作单位： 电 话：通讯地址： 邮 编：硕士学位论文摘要掺镱(Yb3+)钼酸盐类激光晶体材料是目前国内外研究的热点，它具有飞秒激光器所需要的大的发射截面和宽的吸收、发射

3、带宽，有Yb3+高浓度掺杂所需的结构无序性，还有双折射自调谐的特征，引起了众多科研工作者极大的兴趣。但是，该类材料也存在分层结构、生长困难和热性能差等缺点。本文在综述国内外钼酸盐晶体研究成果的基础上，利用钨酸根离子和磷酸根离子改性钼酸盐来生长复合酸盐型激光晶体。通过研究分析取得以下成果：1.利用熔盐加热炉和单晶提拉炉生长了五种新型的二倍钼酸钨酸盐、二倍钼酸磷酸盐以及四倍钼酸钨酸盐多晶和单晶材料；2.对五种材料进行了XRD结构和物相分析、DSC-TG热性能分析、吸收光谱特性分析、荧光光谱特性和荧光寿命的计算分析；3.利用钨酸根离子改性的方法可以非均匀增宽材料的吸收带宽，最宽可以达到80nm，并且

4、其吸收谱与980nmLD泵浦激光器的发射谱非常吻合，可以间接的改善晶体的热效应；4.复合钼酸钨酸盐都属于四方晶系的I41/a空间群，而二倍钼酸磷酸盐晶体则属于正交晶系的Ibca空间群；5.二倍钼酸磷酸盐晶体材料的荧光寿命达到了ms量级，具有高储能的特点；6.多晶材料主要利用高温固相合成和顶部籽晶法来合成生长，而单晶材料主要利用提拉法来生长，其中四倍钼酸盐Na5La(MoO4)4最易结晶，利用提拉法生长出了小尺寸的单晶材料；7.在固相合成的过程中，伴随有中间产物Na2MoO4的生成，使固相反应原料失配，但它也起到了助熔剂的作用；8.通过实验结果分析，提出了下一步的工作方案。关键词：激光晶体；钼酸

5、盐；掺镱复合酸盐；晶体生长；光谱特性IABSTRACTAt present, the molybdate is on focus in the area of laser crystal. Because it has big emission cross-section and wide absorption, emission bandwidth for femto-second laser, the disordered structure for high concentration doped with Yb3+, and the feature of self-tuning by

6、birefringent. Though, these excellent properties interested lots of scientist, it also has the problem of layered structure, difficult to grow and bad thermal property etc.In this paper, we concluded the research results of molybdate at home and abroad. In order to modify the property of molybdate,

7、we made the research plan of using the WO42-and PO43- to synthesis the compound-acid ions material. Then we gain some important conclusions: 1.we have grown five types of double-molybdate-tungstate, double-molybdate-phosphate and quadruple-molybdate-tungstate polycrystalline materials and crystal by

8、 heating furnace and czochralski furnace; 2.we characterize the five materials respectively by XRD for structure and chemical phase, DSC-TG for melting point and thermal property, absorption and emission spectrum; 3.the WO42- can inhomogeneous broaden the absorption bandwidth, which can reach to 80n

9、m, and the absroption spectrum contains the emission spectrum of 980nm LD pumped source. It can impove the thermal property of molybdate indirectly; 4.the compound-acid molybdate-tungstate belongs to I41/a space group of tetragonal system and the compound-acid molybdate- phosphate belongs to Ibca sp

10、ace group of orthorhombic system; 5.the fluorescence lifetime of compound-acid molybdate- phosphate can reach to 1002.5s, with the property of high energy storage; 6.the polycrystalline materials is synthesized by melting and TSSG and the crystal was grown by CZ method. And the Na5La(MoO4)4 is easy

11、to crystallize; 7.during the course of solid state reaction, the middle product Na2MoO4 is produced, and it can be used as fluxing agent; 8. the future work plan is presented. Key words: Laser crystal; Molybdate; Compound-acid ions material doped with ytterbium; Crystal growth; Spectrum property37硕士

12、学位论文目录摘要IABSTRACTII目录III第一章 绪论11.1 激光晶体材料的研究发展概况11.2 钼酸盐类激光晶体的研究现状概述71.3 选题依据和研究的主要内容9第二章 钼酸盐类激光晶体的特点与研究方法112.1 晶体结构及其物理、化学性质112.2 钼酸盐晶体生长原理和技术172.3 材料性能测试分析方法19第三章 掺镱二倍钼酸钨酸盐激光多晶材料243.1 多晶材料Yb3+:NaBi(WO4)(MoO4)的固相合成243.2 Yb3+:NaBi(WO4)(MoO4)的性能测试与分析253.3 本章小结29第四章 掺镱二倍钼酸磷酸盐激光多晶材料304.1 未掺杂Na2La(PO4)(

13、MoO4)的制备和性能研究304.2 Yb3+:Na2Bi(PO4)(MoO4)的制备和性能研究334.3 本章小结38第五章 掺镱四倍钼酸钨酸盐激光多晶和单晶材料395.1 Yb3+:Na5La (MoO4)4的制备和性能研究395.2 Yb3+:Na5Bi(WO4)2(MoO4)2的制备和性能研究455.3 本章小结50第六章 新型钼酸盐材料性能对比分析51第七章 结论与建议53参考文献55研究生期间发表的论文和申请专利57致谢58第一章 绪论激光晶体材料是固体激光技术发展的核心和基础，在激光发展的历史中具有里程碑的意义和作用：20世纪60年代的掺铬红宝石(Cr3+:Al2O3)，第一台红

14、宝石晶体激光器的问世，标志着激光的诞生；70年代的掺钕钇铝石榴石(Nd3+:YAG)，实现了高功率的连续激光器，使得固体激光技术开始蓬勃发展；80年代的钛蓝宝石晶体(Ti3+:Al2O3)，使超短、超快和超强激光己成为可能，飞秒(fs)激光科学技术蓬勃发展，并渗透到各个基础研究和应用学科领域；90年代的掺钕钒酸钇晶体(Nd3+:YVO4)，标志着固体激光的发展已经进入了全固态激光(SSDPL, Solid-State LD Pumped Laser)的新时期。进入新世纪，激光技术正以其强大的生命力推动着光电子技术和产业的发展，激光晶体材料的发展也在向探索新型单晶材料、改善激光性能、提高生长技术

15、、研究激光损伤和消除晶体缺陷等方面全方位迅速展开。激光材料的研究集中在两个方面：一是对旧材料的重新评价，随着LD的大力发展，LD泵浦下旧材料的激光性能受到了极大的重视；二是探索新型适合LD泵浦的理化性质良好的材料，这是激光材料研究的重中之重。激光材料也已从最初的几种基质材料发展到数十种，受到各国政府、科学界和企业界的高度重视。特别是钼酸盐晶体自身所具有的高度无序结构以及自双折射可调谐输出等特征引起了俄罗斯、西班牙以及我国中科院科研工作者的极大关注。总之，各种新型的晶体材料正在向占据激光晶体首席地位达40年之久的Nd3+:YAG 发出强有力的挑战。1.1 激光晶体材料的研究发展概况1.1.1 激光晶体对国民经济及社会发展的重要作用自第一台红宝石激光器问世以来，以激光器为基础的激光技术在我国得到了迅速发展，现已广泛用于工业生产、通讯、信息处理、医疗卫生、军事、文化教育以及科学研究等各个领域，并取得了很好的经济效益和社会效益。激光技术的产业化已经相当成熟，其中包括激光通讯、激光加工、激光医疗、激光