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二极管泵浦被动调Q微型激光器是一种可以实现短脉冲、高峰值功率、高重复频率的全固态激光器,这种激光器具有功耗小、效率高、体积小等特点,在军事和民用上都具有重要的应用价值和运用前景,已成为全固态激光器的一个发展趋势。本文针对这一趋势,采用一种新型的腔结构,在Nd3+:YAG晶片上液相外延生长一层Cr4+:YAG单晶薄膜,形成单片式被动调Q微激光谐振腔的结构,由于激光增益介质(Nd3+:YAG)和饱和吸收体(Cr4+:YAG)两者的晶格常数基本相同,可以说是同质外延,界面的光学特性与散热特性都十分优良,从而提高了微型激光器的光学与热学性能。 Cr4+:YAG饱和吸收单晶外延层的制备与性能优化,需要对材料的吸收光谱与能级结构有深刻的认识,因此本文详细介绍了Cr4+:YAG饱和吸收材料的光谱特性,并参照有关文献的低温吸收谱数据,采用晶体场理论对饱和吸收中心Cr4+在晶体中的能级分裂做了深入分析,得到了Cr4+在D2d对称晶场中的能级结构和晶体场参数。 采用Cr、Ca双掺杂工艺在YAG和Nd:YAG基质上生长出具有饱和吸收特性的Cr4+:YAG。通过对Cr离子掺杂浓度及外延层厚度的控制,外延层λ=1064nm处的饱和与非饱和透过率(ΔT)差可以很容易地控制在5%~30%,满足微激光器设计要求。在液相外延工艺制备的Cr4+:YAG的吸收谱中发现750nm处有一吸收峰,通过对它生成原因的分析,我们将它归属于单晶外延层中存在Cr5+的电子跃迁吸收。 针对饱和吸收介质对泵浦光的吸收和衬底与外延层的晶格匹配应力,从熔料配方着手,对Cr4+:YAG单晶薄膜作了进一步的优化实验。从大量的实验中摸索出配方的优化规律。最后对晶体的缺陷做了简要分析。