新型LD泵浦激光材料NdYbRGR=Al-Ga的研究资料讲解.docx
《新型LD泵浦激光材料NdYbRGR=Al-Ga的研究资料讲解.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《新型LD泵浦激光材料NdYbRGR=Al-Ga的研究资料讲解.docx(64页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、此文档收集于网络,如有侵权请联系网站删除长春理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的硕士学位论文新型LD泵浦激光材料Nd:YbRG (R=AIGal的研究是本人在指导教师的指导下独立进行研究工作所取得的成 果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体己经发表 或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以 明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名:叁超直工年土月丑同长春理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“长春理工大学硕士、博士学位论文版 权使用规定”,同意长春理工大学保留并向中国科学信息研究
2、所、中国优秀博硕 士学位论文全文数据库和CNKI系列数据库及其它国家有关部门或机构送交学 位论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权长春理工大学可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,也可采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名:金超址年王月丑日导师签名丝年互月芝日此文档仅供学习和交流摘要激光陶瓷粉体的台成技术是制备透明陶瓷的基础和关键。目前国内外还没有 关于Nd:YbAG和Nd:YbGG陶瓷粉体的研究和报道。本文采用共沉淀法和低温 燃烧法台成了Nd:YbAG和Nd:YbGG激光陶瓷粉体,探讨了煅烧温度及煅烧时 间对粉体性能的影响。利用XRD、
3、IR、SEM及光谱分析等测试手段研究了粉体 的结构、形貌及光谱性能。结果表明,两种方法都在800就可获得YbAG和YbGG纯相,共沉淀法制 各粉体的昂佳条件是:煅烧温度1000,煅烧时间2h:低温燃烧法制备粉体的 最佳条件是:煅烧温度950煅烧时间2h。对Nd:YbA0和Nd:YbGG激光陶 瓷粉体进行了吸收、荧光光谱分析。在808nm、970rim激发下测得粉体室温发射 谱,观察到了Nd一Yb”以及Yb”Nd”问的能量传递现象。关键词Nd:i7bAGNd:YbGG低温燃烧法共沉淀法性能表征ABSTRACTThe synthesis of laser ceramic powders is th
4、e prerequisite and key of the transpareat ceramics There has nol been mpofted currently yet in the country aboul neodymiumdoped ytterbium aluminum garetrNd:YbAGl and neodymium-doped坩erbium gallium garet州d:YbGG)ceramic powders In this paper the powders ofNd:YbAG and Nd:YbGG laser ceramic have been pr
5、epared b)co-precipitation method and】owtemperature methodand the precursor calcination time and calcination temperature have been discussed XRD m,SEM and spectral analysis have been used to study stnlcturemorphoylogy and spectral properties ofpowdersThe results was shown that YbAG YbGG pure phase at
6、 800call be obtained by two method The optimum preparation conditions of coprecipitation method: calcined at 1000C for 2 hours:The optimum preparation conditions of low- temperature combustion method:calcined at 950for 2 hours Absorption andfluorescence emission spectra of Nd:YbAG and Nd:YbGG laser
7、ceramic powderswere studied From the fluorescent spectra exceed by 808rim and 970nm theNd_1n3_andYb-_Nd3energ)rtransferhayebeen obseedKeyords:Nd:YbAGNd:YbGGlow-temperature combustion method co-precipitation methodproperty characterization目录摘 要 , 1ABSTRACT11 目录 第一章绪论+ 1】I固体激光器概述I12激光器的工作物质31 3 LD泉浦激光
8、陶瓷材料41 4基质材料的晶体结构及研究进展84 5本论文研究的内容、目的和意义II第二章共沉淀法制各Nd:YbAG陶瓷粉体1311 H言】3Z2实验试剂及仪器1323样品的制蔷1424样品的表征1525结果蛳论16第三章低温燃烧法制各Nd:YbAG陶瓷粉体 。253】百,2532实验斌#q及仪器2533样品的制各263 4燃烧剂的选择及用量的计算263,5结果与讨论2936光谱陛能分析3I第四章共沉淀法制各Nd:YbGG陶瓷粉体374l实验药品及实验仪器3742样品的制各374,3结粜与时论38第五章低温燃烧法制各NiI:YbGG陶瓷粉体47 51实验试剂及仪器4752样品口制各4753结果
9、与讨宅485 4光谱肚能分析51结 论 一 。 54致 谢 56参考文献 57附 录 一 一 60第一章绪论11固体激光器概述1,11激光技术概论 激光技术是一门综合技术。它不仅涉及到了光学和电子的领域,还涵盖了机械、材料和特种工艺等方面,在很多领域应用广泛【112】。该技术在自然科学和军 事领域中的应用最为广泛,同时在工农业方面和医疗领域中也受到了一定程度的 关注-所以众多研究者在激光技术的基础和应用方面进行了广泛而深入的研究, 致使激光技术在最近一段时间得到了迅猛的发展。提供能量的泵浦源,产生激光的工作物质以及确保激光质量的光学谐振腔构 成了激光器。激光工作物质是由使工作物质在泵浦源作用下
10、产生激光的发光粒子 也叫做激活粒子和供给发光粒子寄存场所的基质这两部分组成的。但是要使激光 物质发光就必须使澈活粒子中的粒子数发生反转,而且要想使输出的激光有很好的稳定性也必须要有激活粒子,分子、原子或离子都可以作为起激活作用的粒子。 其中一部分激活粒子是能够单独存在的,然而还有一些激活粒予就必须要与基质 材料相互依存,而不能单独存在。作为基质的材料既可以是固体也可以是液体。 泵浦源是完成粒子数发生反转这一过程必不可少的条件,而且还要求泵浦源 的泵浦波长必须与激活粒子的能级相一致。它除了要有激光上能级(激发恕)和激光下能级(基态)外还要有一些其他的相关能级(亚稳态)。 泵浦源就是用一定波长的光
11、照射工作物质使其中的粒子吸收能量发生反转进而发出激光。现在己经研究出来并使用的泵浦源有很多种,激光工作物质不一 样就要选用不相同的泵浦源才能使物质吸收能量发出激光。通常来说,气体激光 工作物质是通过激励的方法实现激光输出的,把气体封闭在很细的玻璃管中,在 玻璃管的两端分别施加电压,然后接通电源使其放电来完成激励口l,而氙灯等普 通光源就可以作为固体激光器的泵浦源,光照射在工作物质上使其产生激光的过 程也叫做光泵。虽然激光是出处于粒子数反转状态的激光工作物质产生的,但是这样的激 光确有很多缺点,如:激光的寿命不是很长方向不统一,而且其强度也组低, 产生的激光有很多种模式。有如此多缺点的激光其实用
12、价值非常低。所以要想使 得到的激光具有稳定性、持续性、质量高以及要有一定功率,就还需要激光器组成部分中不可缺少的一部分一光学谐振腔。光学谐振腔具有能够产生激光振荡并且还能保持激光振荡、提高激光的输出质量这两个非常重要的胜质。 目前市场上的激光器种类非常多,比较常见而且普遍使用的就是固体激光器。固体激光器是把掺入了一定质量的金属离子的晶体或玻璃制成的材料作为激 光工作物质,用泵浦源激发时这些金属离子能够吸收能量发出不同波长的光。固 体激光器除了上面三个组成部分以外还必须要有电源和聚光冷却系统这两个部 分。虽然平行平面反射镜可以用做谐振腔,但是为了获得更好质量的光柬现在 都把多种形式的球面镜用于固
13、体激光器的谐振腔中。工作物质中的激活粒子在基 态吸收足够的能量,使粒子数发生反转跃迁到能量很高的激发态,工作物质在这 个过程中得到增益然后再通过光学谐振腔的对其作用产生激光振荡,这一过程 就是泵浦手段也叫做激发源。l_12 LD泵浦固体激光器到了20世纪后期,固体激光器器件、激光技术和激光器的应用得到了迅猛 的发展,推动他们发展的就是研究者对半导体激光器(LD:Laser Diode)和半 导体激光器列阵(LDA:LaserDiodeArmy)的不断研究,随着研究的深入研发 出了二极管泵浦固体激光器(DPSSL:Diode pumped Solid-st0te Laser)。DPSSL 具有以
14、下特点:产生擞光的效率比较高、工作时热效应很小、体积小、输出功率 很高、光束的输出质量好和发射波长易于用温度来调谐等。随着研究的月益成熟, DPSSL已经是光电子行业发展迅速,有很好的应用前景,受到很多研究者关注 的领域之一。尤其是大功率的DPSSL在很多领域有其独特的应用,如医疗领域、 军事领域、科研和工业等领域,最近几年对DPSSL的研究成为各个国家科研竞 争的热点p刊。用传统的闪光灯作为激光器的泵浦源时效率非常低,所以为了提高效率采用 LD泵浦源。例如掺钕离子的Nd:YAG作为固体激光器的工作物质,因为钕离子 的吸收带与传统的泵浦灯的宽的辐射光谱不能很好的匹配,所以Nd”离子不能 根好的
15、吸收能量,泵浦Nd:YAG的能量与它发出激光之间的转换效率很低。大约 在3以下,而且当泵浦源的功率报大时其热效应非常大,不坦稳定性差,光束 质量也很差。但是LD作为泵浦源时发射谱线约15 nm,而且它的技射波长可以 通过温度来调节,所以很容易实现泵浦源的发射波长与掺杂离子的吸收带相吻 合,所以LD固体激光器的泵浦效率要比普通的灯泵浦效率要高许多。由目前的 研究可以得出,LD泵浦固体激光器的光与电两者的转换效率可达到30以上, 有时可达到50,而掺钕的钇铝石榴石的光光转换效率可以达到40。所以, 用LD激光器作为泵清源,Nd:YAG作为工作物质耐的转换效率可以超过lO。 LD,LDA固体激光器的
16、输出频率非常稳定。因为固体激光器的工作物质是固体 固体中分子的运动速度比较慢,所以LD固体激光器的噪声比液体和气体激光器的噪声小。DPSSL具有其它澈光器不可比拟的特点,如使用寿命蚝、光束质量 好、频率稳定性强、热光畸变小等。LD固体激光器不仅在中小功率范围内有很 好的应用前景已经逐渐代替了传统使用的其他激光器,在大功率范围内也有很 好的应用,由于其功率可以达到千瓦数量级,所以也向大功率的激光器提出了严 峻的挑战t71。现在,LD固体激光器的输出功率高是其发展的首要方向。通过文献可知引, 采用LD阵列泵浦Nd:YAG时,在Nd”离子最强发射峰对应的波长处的连续输出 功率为3 kW左右在倍频峰处
17、输出的连续功率也达到了400 W。而且依照比例 放大这一原则可以得出,它的输出功率应该在5 kW以上,有可能达到万瓦的数 量级,所以它具有使激光发生核聚变所需的巨大能量。第二个发展方向是可见波 段和紫外波段的激光输出。LD固体激光器通过一些技术手段可以得到各个波段 的激光输出如红光(670 ran、660 nm、656 ran和627am)、黄光(594 nrn)、绿光(532 mn)、蓝光(473 nm、457 rtm、454 sin和45l衄)和紫光(430 nm)等波段,Nd离子可以发出1064 IlI的光通过倍频后就可以得到532叫的绿光, 并且输出功率达到瓦数量级的连续渡也很多。紫外
18、波段的激光可以通过将发射光 进行三倍频或者四倍频后得到,其输出功率也很高。激光器由开始的大型化变得小型化,由气体和液体化变得固体化的转变标志就是LD固体激光器的出现。为了使泵浦波长与LD光源二者能相互匹配,研究 制鲁LD激光光僻是其关键。传统的泵浦灯己经被新型的激光光源所取代。LD 固体激光器由于结构紧凑所以体积比较小,质量也很轻,而且光和电之间的转换 效率也比较高,荧光寿命和使用寿命都很长,所以使激光器向固体化转变是当前 研究者的目标。由以上可知激光的应用领域在固体激光器尤其是可调谐激光器 出现后,使用范围更加广阔。I 2激光器的工作物质决定工作物质硬度、熔点、沸点等物理性质的基质材料和决定
19、工作物质发光 特性的激活离子两者组成激光工作物质口J。激活离子决定了工作物质能够发出哪 些波段的激光,需要什么波段的激光就要掺杂不同能级结构的激活离子唧。激活 离子都包括基态、亚稳态和激发态能级这些能级是由电子组态中处于不同运动 轨道韵来满内壳层的电子构成的。徽活离子中来充满电子的内壳层电子所在能级 是激光的工作能级,国为处于外层的电子对其原于壳内层的电子有屏蔽作用,所 以晶体场的强弱对电子的能级跃j壬产生的影晌不大。因此处于自由运动状态的离 子的光谱与依存在不同基质中的同类离子的光谱几乎没有差别。这说明激光的跃 迁线宽很窄,也就是说激发的截面积比较大激光的工作能级之间产生无辐射跃迁的几幸小,
20、能敛剐的跃迁寿命比较长,所以簧使物质发出激光需要很低的闽值 泵浦速率、基质材料 晶体和破璃是固体工作物质最常用的两类基质材料。而基质材料为了能够承受激光器实际工作时的苛刻条件,必须要具有很好的机械性能、良好的光学质量和优良的热性能。而且基质的物理性质是否稳定、化学性质是否稳定以及材料是 否容易加工等因素也必须考虑在内。一般而言,我们要尽可能的使掺杂离子的半 径和化合价与基质中被取代的离于的半径和化合价尽可能的相一致。二、激活离子可以掺杂到固体工作物质中的激活离子主要有以下四类f10-HI: 1三价的稀土离子 例如镧系元素中的La、P,、N矿、sm3+、E一+、Dy”、Ho卜、E,、Y护+等。因
21、为最外层的电子对没有填满电子的内层的电子有屏蔽作用,所以就算在不 一样的基质中掺杂相同的离子,它的光谱和这个离子没有被束缚时的光谱也相差 不大。上述离子多数都是四能级系统。2二价稀土离子例如稀土离子sm*、D严+、EP、Tm“等。因为化合价不是根稳定所以当 用紫外光对物质进行辐射或者对它们进行加热对,不稳定的二价稀土离子很窖易 变成三价离子。有时还会产生对激光运转非常不好的色心。3过渡金属离子 例如c,+、Ti一、Nin、co”等过渡金属离子。这些激活离子的最外层为来充满电子的壳层,没有其他的电子层能够对最外层电子产生屏蔽,所以基质晶体场 对激活离子的能绒以及发光特性的影响就特别大。处于自由运
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 新型 LD 激光 材料 NdYbRGR Al Ga 研究 资料 讲解
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【精****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【精****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。