LYB晶体主轴折射率测量与评价

作为激光基质具有较低的激光阈值 , 受浓
度淬灭效应影响小 , 优于 YAG、 YAP 晶体 , 所以用 不同离子掺入 L i6 Y ( BO3 ) 3 晶体作为激活中心 , 进 行相关的激光性能研究
[ 2 3]
在晶体激光性能的研究中 , 通常可以根据光谱 测量结果来计算其吸收截面、 跃迁截面等参量 在 计算过程中晶体的折射率是相当重要的一个计算参 量, 其准确度直接影响计算结果的准确性 同时, 折 射率的色散、 各向异性、 温度敏感性对于激光晶体的 应用影响甚大, 具有应用潜力的激光晶体应当在这 些指标上表现出较好的综合性能 本文中采用自准 直法精确测量了提拉法生长得到的 L YB 晶体的主 轴折射率 , 并根据测量结果对该晶体进行评价 自准直法是一种精确测量晶体折射率的测量方 法, 本实验室曾 利用该方法测量 了 LiNbO3 ( L N ) 、 KT iOPO 4 ( KT P) 、 YVO4 、 Nd ! GdV O4 、 Nb ! KT P、 绿宝石、 BIBO 等晶体的折射率[ 4 10] 从多次测量结 果分析认为, 使用该方法测量的准确度主要受到晶 体主轴定向准确度、 晶体光学加工和测量判别的影 响, 通常 准确 度可 达 2 ∀ 10 - 4 170 测 量得 到 30 ~ 下 L YB 晶体的主轴折射率, 拟合得到其色散
1期 参考文献
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黄凌雄 , 等 : L YB 晶体主轴折射率测量与评价
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M easu rem ent of principal ref ract ive i ndices and expressi on of t hermal ref ract ive index coef f icien t s of em erald cryst al [ J ] . Chi nese J our nal of L aser s , 2003, 30( 9) : 843 846. [ 8] H U A N G L ing x ion g, QIN Lian ji e, SH EN H ong yuan , e t al . M easu rem ent of ref ract ive indices and t hermal ref racti ve index coeff icient s of N d0. 007 G d0. 993 V O 4 cryst al [ J ] . J S yn the ti c Cr yst als , 2003, 32( 2) : 139 142. 黄凌雄 , 秦连杰 , 沈鸿元, 等 . N d0. 007 G d0. 993 V O 4 晶 体折射率 和 折射率温度系数的测量 [ J ] . 人工 晶体学 报 , 2003, 32( 2 ) : 139 142. [ 9] SH EN Hong yuan, ZH A N G De yin , LIU Wen, et al .
*
摘
要: 采用自准直法测量了在 30
~ 170
范围内 , 0. 473 m 、 0. 632 8 m 、 1. 064 0 m 、 1. 338 m 测量结果表明 , 该晶体具有较低的折
等波长下 L YB 晶体的主轴折射率 , 得到 Sellmeier 方程并计算了 1. 319 m 下该晶体的主轴折射 率, 与实验测量的结果进行了比较 , 两者之间的吻合性较好 射率以及折射率随温度变化小 , 热稳定性较好 关键词: L YB 晶体 ; 折射率 ; 自准直法 中图分类号 : O436. 2 文献标识码: A 文章编号 : 1004 4213( 2008) 01 0185 3 得到 本 文实 验 中测 试 的是 提 拉法 生 长 得到 的
第 37 卷第 1 期 2008 年 1 月
光 子 学 报 ACT A PH OT ON ICA SINICA
V ol. 37 N o. 1 Januar y 2008
L YB 晶体主轴折射率测量与评价
黄凌雄, 赵玉伟, 张戈 , 龚兴红, 黄呈辉, 魏勇, 位民
( 中国科学院福建物质结 构研究所 , 福州 350002)
的 Sellmeier 方 程, 利 用 拟 合 结 果 计 算 得 到 1. 319 m 下的 L YB 晶体的主轴折 射率, 与实 际测 量结果相吻合
1
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测量方法
LYB 晶体可以使用助熔剂法或者提拉 法生长
T el: 0591 83714648 收稿日期 : 2006 08 25 Email: zhg@ fjir sm. ac. cn 图 1 测量用 L Y B 晶体制成的 Littro w 棱镜 F ig . 1 T he L it tro w prism o f L YB cr ystal
0
引言
硼酸钇锂 Li6 Y ( BO3 ) 3 ( L YB) 晶体属于单斜晶 系, 空间群为 P 21 / c, 晶胞参量 a= 0. 7157( 5) nm, b= 1. 6378( 8) nm, c = 0. 6623( 4) nm, = 10. 532( 5) , Z= 4
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L YB 晶体 , 光学质量优良 , 无色透明 , 利用光学方法 观察晶体内部质量 , 无明显散射和包裹, 能满足自准 直法精确测量其主轴折射率的要求 由于低对称性 晶体, 如单斜、 三斜晶系 , 存在折射率主轴色散, 给其 主轴折射率的测量带来很大的麻烦 L YB 晶体只有 一个 2 次对称轴, 折射率测量结果表明其存在折射 率主轴色散 , 只有沿 2 次对称轴方向的折射率主轴 保持不变 自准直法测量主轴折射率要求将晶体加 工成 L it t row 棱镜 , 每个棱镜能够测量得到两个折 射率, 所以测量 L YB 晶体的主轴折射率 n1 、 n2 和 n 3 需要有两个切向不同的 L it t row 棱镜 ( 见图 1) 实 验中为了克服 LYB 晶体折射率主轴色散给主轴折 射率测量带来的麻烦, 对两个 L it tr ow 棱镜的切向 有一定要求 , L itt row 棱镜 # 的短 直角边平行于 X 轴 , L itt row 棱镜 ∃ 的短直角边则垂直于 X 轴, 这样 就可以得到 L YB 晶体的主轴折射率 每个 L it tr ow 棱镜的长直角边长度大约为 7 mm , 顶角 大约为 15 , 斜边和长直角边所在的面精细抛光, 同时后者 所在的面镀上全反射膜 实验中 Lit t row 棱镜放在 温度波动小于 % 0. 1 的炉子内 , 该炉子置于准确度 为 2 弧秒的 32 J 测角仪的平台上 , 利用光强稳定的
激光晶体工作环境的温度分布随空间和时间的 变化复杂, 良好的热稳定性对于激光的稳定运转是 很有好处的[ 11] 从表 2 和表 3 给出的 L YB 晶体在 不同波长、 不同温度下的主轴折射率 , 可以看出该晶 体的主轴折射率受温度的影响很小, 表明它作为激 光基 质在激光运转过程中受热聚焦效应的影响较小
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报
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0. 473 m L D 泵浦激光、 0. 632 8 m H e Ne 激光、 1. 064 m 和 1. 338 m 钕离子激光做测量光源, 保 证了自准直位置的判别准确度 , 从而提高了测量准 确度 当作为测量光源的激光以最小偏向角 ! i 射向 Lit t row 棱镜的斜面时 , 偏振方向不同的快光 和慢 光由于其折射率不同分解成传播方向不同的两束光 当其中任何一束光在全反射面反射后, 沿着原光路 返回 , 此时偏振方向沿主轴方向, 满足公式 ni = sin ! i / sin i ( i = 1, 2, 3) 式中
170
根据表 2 得到的 Sellmeier 常量 , 利用方程 ( 1) 计算 1. 319 m 波长下 LYB 晶体的主轴折射率 , 与 实验所获得的数据进行验证, 比较结果在表 3 中给 出 从表中看到计算得到的主轴折射率与实验所测 得的主轴折射率相当吻合
表 3 1. 319 m 下 LYB 晶体折射率测量值与计算值的比较 温度 / n1 n2 n3 测量值 计算值 测量值 计算值 测量值 计算值 30 1. 567 8 1. 567 6 1. 568 0 1. 567 9 1. 620 8 1. 620 6 70 1 . 567 8 1 . 567 7 1 . 568 0 1 . 567 9 1 . 620 6 1 . 620 4 120 1 . 567 8 1 . 567 8 1 . 568 0 1 . 567 9 1 . 620 4 1 . 620 2 170 1 . 567 7 1 . 567 8 1 . 568 1 1 . 567 9 1 . 620 2 1 . 620 0
图 2 L YB 晶体透过率曲线 F ig . 2 T he t ransm issivit y prof ile o f LY B cr ystal
自准直法测量 L YB 晶体主 轴折射率 , 分别 在 30 、 70 、 120 、 170 下进行测量, 实验中样品的 之 间, 测 量 0. 473 m、 m 的主轴折射 温度精 确控 制 在 % 0. 1 率, 实验结果见表 1
i
折射率与波长的关系可由 Sellmeier 方程描述 n i = A i + [ B i / ∀ - Ci ] - D i ∀ ( i= 1, 2 , 3) ( 2) 式中 ∀为相应测量光源的波长, 由表 1 中各波长的
2 2 2
折射率可解得 Sellmeier 方程常量 A i 、 Bi 、 Ci 和 D i , 波长单位为 m 表 2 中给出了不同温度下这些常 量的计算值
0. 632 8 m 、 1. 064 0 m 和 1. 338
3
Leabharlann Baidu
结论
采 用 自 准 直 法 测 量 了 L YB 晶 体 在 30 ~
170 范围内不同波长的主轴折射率 , 得到了相应的 Sellmeier 方程, 利用该方程计算了 1. 319 m 波长 的折射率值与实验得到的折射率数据相符合 LYB 晶体 n2 - n 1 < n3 - n2 , 所以是正光性双轴晶 实验 测量得到的 L YB 晶体在不同温度下的主轴折射率 表明该晶体的热稳定性相当好, 作为激光基质受热 效应影响小
表 1 不同温度下 LYB 晶体的主轴折射率测量值 波长 / m n1 30 n2 n3 n1 70 n2 n3 n1 120 n2 n3 n1 170 n2 n3 0. 473 1. 591 6 1. 592 3 1. 650 3 1. 591 7 1. 592 4 1. 650 3 1. 592 0 1. 592 6 1. 650 4 1. 592 2 1. 592 8 1. 650 4 0. 632 1. 580 1. 581 1. 638 1. 580 1. 581 1. 637 1. 580 1. 581 1. 637 1. 581 1. 581 1. 637 8 9 7 0 9 7 8 9 7 6 0 6 4 1. 064 1. 570 1. 570 1. 624 1. 570 1. 570 1. 624 1. 570 1. 570 1. 624 1. 571 1. 571 1. 624 0 7 8 7 7 8 6 9 9 6 1 0 6 1. 338 1. 567 4 1. 567 7 1. 620 3 1. 567 5 1. 567 7 1. 620 1 1. 567 6 1. 567 7 1. 619 9 1. 567 6 1. 567 7 1. 619 7
30
( 1)
70
为棱镜的顶角 , n i 为相应偏振光的折射率
2
测量结果
在 L am bDa900 紫外可见近红外分光光度计上
120
测量得到 L i6 Y( BO3 ) 3 晶体在 0. 19~ 1. 7 m 区间 的透过光谱( 图 2) , 从图中看, 晶体的短波截止波长 一直延伸到紫外区域, 其透过曲线上没有明显的吸 收峰 , 因此在折射率测量过程中可以不考虑反常色 散的影响
表2 不同温度下 LYB 晶体的 Sellmeier 方程的参量 n1 n2 n3 n1 n2 n3 n1 n2 n3 n1 n2 n3 2. 2. 2. 2. 2. 2. 2. 2. 2. 2. 2. 2. A 461 453 628 460 453 631 463 456 636 467 460 640 2 5 7 2 8 2 9 8 0 6 5 3 B 0 . 016 0 . 022 0 . 025 0 . 016 0 . 022 0 . 023 0 . 014 0 . 020 0 . 020 0 . 013 0 . 017 0 . 017 4 3 8 8 0 8 6 1 5 1 6 9 C 0 . 001 2 - 0. 045 5 - 0. 041 9 0 . 000 0 - 0. 041 6 - 0. 027 0 0 . 021 4 - 0. 024 8 - 0. 002 5 0 . 035 9 - 0. 001 7 0 . 017 4 D 0 . 007 0 . 004 0 . 009 0 . 007 0 . 004 0 . 010 0 . 008 0 . 005 0 . 013 0 . 009 0 . 007 0 . 015 6 5 7 0 6 9 3 7 1 9 1 1