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随着激光二极管(LD)泵浦固态激光器的发展,探索新型的适合LD泵浦掺Cr3+的近红外可调谐激光晶体成为研究热点。本论文围绕这一热点研究了掺Cr3+离子的MAl(MoO4)2(M=K,Rb,Cs)及Sc2(MoO4)3晶体生长、表征及光谱性能。
采用顶部籽晶熔盐法(TSSG),分别以KZMo3O10, Rb2Mo3O10和Cs2Mo3O10为助熔剂生长出了Cr3+:KAl(MoO4)2,Cr3+:RbAl(MoO4)2和Cr3+:CsAl(MoO4)2晶体。这三种晶体在降温和加工过程中很容易沿(001)面解理。采用原子力显微镜(AFM)研究了Cr3+:KAl(MoO4)2和Cr3+:CsAl(MoO4)2晶体(001)晶面的表面形貌。差示热量(DSC)分析表明这三个化合物为非同成分熔化的化合物,它们的分解产物为M2Mo4O13(M=K,Rb,Cs)和Al2O3。测定了这三个化合物的比热曲线,它们在50℃时比热值Cp分别为0.32 J/g*k,0.28 J/g*k和0.27 J/g*k。用ICP方法测定了各晶体中Cr3+的浓度并计算了Cr3+在这些晶体中的分凝系数。Cr3+在这些晶体中的分凝系数都大于1,表明Cr3+比较容易进入晶体中。利用RHG-181宝石折射仪测定了它们的折射率。
研究了Cr3+:MAl(MoO4)2(M=K,Rb,Cs)晶体室温偏振吸收谱、荧光激发谱、偏振荧光、荧光寿命及低温荧光谱。Cr3+:MAl(MoO4)2(M=K,Rb,Cs)晶体的偏振吸收谱和偏振荧光谱表现出了强烈的偏振性,σ-偏振明显强于π-偏振。对于σ-偏振,Cr3+:MAl(MoO4)2(M=K,Rb,Cs)晶体在667nm附近的吸收峰具有较大的吸收截面(分别为3.72×10-20cm2,3.68×10-20cm2和3.13x10-20cm2),最大半峰宽(FWHM)约为100 nm,这与商业化激光二极管AlGaInP发射的波长(670~690nm)能较好地匹配:在820 nm附近具有较大的发射截面(分别为2.74×10-20cm2,3.7×10-20 cm2和4.57×10-20cm2),发射半峰宽在135 nm左右,荧光寿命分别为33μs,25.7μs和21μs。根据T-S理论及其他相关理论计算了晶体场参数(Dq),拉比参数(B,C),自旋-轨道耦合参数(ζ),黄昆-里斯数,有效声子能量和晶场能级等参数。Cr3+在MAl(MoO4)2(M=K,Rb,Cs)晶体中占据中间晶场位置。
利用顶部籽晶法以Li2Mo2O7为助熔剂生长出了Cr3+:Sc2(MoO4)3晶体。测量了该晶体的硬度和晶体中Cr3+离子的浓度。
研究了Cr3+:Sc2(MoO4)3晶体的室温吸收谱、荧光谱和荧光寿命。C3+:Sc2(MoO4)3晶体的最强吸收峰位于709 nm,其吸收跃迁截面为3.21×10-19cm,最大半峰宽约为110 nm。在670~690nm具有较大的吸收系数,适合半导体激光器(AlGaInP)泵浦。其荧光谱最大半峰宽为176 nm,在峰值880 nm处的发射跃迁截面为σe=4.62×10-18cm2。荧光寿命τf=0.18μs。根据T-S理论及其他相关理论计算了晶体场参数(Dq),拉比参数(B,C),自旋.轨道耦合参数(ζ),,黄昆,里斯数,有效声子能量和晶场能级等参数。Cr3+在Sc2(MoO4)3晶体中占据弱晶场位置。