NdGGG晶体光谱特性的研究

文献标识码：Ａ
文章编号：１００２—１ ８５ｘ（２００６）Ｏｌ一００５９、０３
１ 引言
固体热容激光器（ｓ０１ｉｄ ｓｔａｔｅ Ｈｅａｔ ｃａｐａｃ－ｔｙ Ｌａｓｅｒ，ｓｓＨｃＬ）…是近年发展起来的具有广阔应用前 景的新一代激光器【２’”。美国Ｌａｗｒｅｎｃｅ Ｌｉｖｅｍｏｒｅ国 家实验室的原理性固体热容激光器的ｌ ３ ｋｗ实验样 机使用掺钕玻璃作为激光工作物质。在以后的实验－｛ｔ 将采用性能优良的掺钕钆镓石榴石（Ｎｄ：ＧＧＧ）晶体， 因为Ｎｄ：ＧＧＧ晶体无论从激光性能（激光闽值，效率） 还是物理性能（导热性等）方面均优于掺钕玻璃， Ｎｄ：ＧＧＧ与Ｎｄ：ＹＡＧ晶体激光性能相近，同是２０世 纪６０，７０年代被发现的较好的固体激光工作物质。但 由于Ｎｄ：ＧＧＧ晶体的成本高于Ｎｄ：ＹＡＧ（ＧＧＧ晶体的 原料为高纯三氧化－二镓、三氧化二钆等，价格高于 ＹＡＧ晶体原料数倍），且在中小功率激光器的应用中 并不具备特别优势，应用程度不如Ｎｄ：ＹＡＧ晶体。但 对于大功率ＳｓＨｃＬ这特殊需求，ＧＧＧ晶体由于对 Ｎｄ离子的分凝系数高‘６，”，可以更多、更均匀地掺入 钕离予，同时Ｎｄ：ＧＧＧ晶体生长过程中没有ＹＡＧ品 体特有的生长缺陷，已成为固体热容激光器首选的Ｔ 作物质。
Ｗａｖｅｎｕｍｂｅ“ｃｍ
图３ 不同掺杂浓度Ｎｄ：ＧＧＧ单品的荧光光谱
Ｆｉ９３
Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｓｐｅｃ订ｕｍ ０ｆＮｄ：ＧＧＧ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
Ｎｄ～ｏｐｉ“ｇ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏⅡ
３．２ Ｎｄ：ＧＧＧ晶体的吸收光谱分析 对原了掺杂浓度为ｏ ０３的样品进行了吸收光谱的
果表明晶体的最强的荧光发射峰位于９４３０ ｃｍ～，是Ｎｄ３＋４Ｆｍ一４ＩⅢ２谱项导致的荧光发射。吸收光谱测试结果发现
Ｎｄ：ＧＧＧ晶体的最强吸收峰位于８０８ ｎｍ，所以该品体适合丁ＬＤ泵浦．并Ｊ＝Ｌ吸收峰强度随掺杂离子浓度的增加而增加。
关键词：Ｎｄ：ＧＧＧ晶体｛荧光光谱；吸收光谱
中图法分类号：０７８２．６
测试（结果如图４）。Ｎｄ”离子的最强吸收峰位于８０８ ｎｍ 附近，并且在８０８ ｎｍ处，吸收带宽大于１０ｎｍ，常将 此作为激光二极管泵浦源的泵浦带。同时剥两个不同 掺杂浓度样品的吸收光谱进行了对比ｆ结果如图５１。随 着钕离子掺杂浓度的提高，吸收线宽无明显变化，而 吸收系数明显变大，Ｎｄ”６ａ雠掺杂样品的吸收系数大约 足Ｎ ｄ３＿３ａｔ％掺杂Ｎｄ：０ＧＧ的２倍。１ｉ同掺杂钕离子浓 度样品的吸收谱形状基本一样，未出现畸变结构，说 明能级间相对位置没有变化，单个离子的格位情况基 本没有变化。
第３５卷 ２００６年
第ｌ期 １月
稀有金属材料与工程 ＲＡＲＥＭＥｌＡＬＭ＾ＴＥＲ【ＡＬＳＡＮＤＥＮＧ心ＥＥＲＩＮＧ
ＪａｎⅢ２００６ 、ｂｌ＿３５．Ｎｏ ｌ
ຫໍສະໝຸດ Baidu
Ｎｄ：ＧＧＧ晶体光谱特性的研究
刘景和，孙晶，曾繁名，李建利，万玉春，关效贤
（＆春理工大学，吉林长春１３００２２）
摘要：采用提拉法生长了Ｎｄ．ＧＧＧ晶体。晶体切割后经过端面抛光，测试了荧光光谱和吸收光谱。荧光光谱测试结
Ｗａｖｅｎｕｍｂｅ“ｃｍ“ 图７ ５点ＦＦＴＦｉｌｔｅｒ平滑后的峰值９４３０ ｃｍ。１附近荧光
光谱展开图 Ｆｉ９７ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｓｐｅｃｔｆｕｍ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｒ印ｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ ａｔ
９４３０ ｃｍ～ａｆｔｃｒ ５ ｄｏｔ ＦＦｒｎｌｔｅｒ ｓｍｏｏｔｈ
４结论
１）荧光光潜测试结果表明晶体的最强的荧光发
参考文献Ｒｅｆｅｒ蛐ｃｅｓ ［１】Ｒｅｎ Ｇｕｏｇｕａ“ｇ（任国光），Ｈｕａｎｇ Ｙｕｎｉａｎ（黄裕年）工椰Ｐｒ册Ｊ
』枷形ｄ（激光与红外）［Ｊ】，２００２，３２（４）：２１ｌ
［２】ＦｅｄｉｎＡ ｖ，Ｂａｓｉｅｖ Ｔ Ｔ，Ｒｕｌｅｖ ＡＶ酣４７．盛啷【Ｊ］，２００２，４６４４：
２９３
【３ｌ ＢａｂｕｆｉｎＮＶ ＧａＩａｇａｎ Ｂ Ｅ，Ｄａｎｉｋｅｉｋｏ Ｙｕ Ｋ“口ｆ Ｑ“ｄＨｆ“删
２）吸收光谱测试结果发现Ｎｄ：ＧＧＧ晶体的最强 吸收峰位于８０８ ｎｍ，所以该晶体适合于ＬＤ泵浦，并 且随掺杂离子浓度的增加吸收强度增大，这有利于提 高泵浦效率。
３）Ｎｄ：０ＧＧ晶体的受激发射截面叫）－２１．５７×
１０—２０ｃｍ２。
ＷａｖｅｎＩⅡｎｂｅｒ忙ｍ“ 图６峰值９４３０ ｃｍ’１附近荧光光谱展开图 Ｆｉｇ．６ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ８ｐｅｃｔｒｕｍ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｆ印ｒｅｓｅｎｃａｔｉｏｎ ａｔ ９４３０ ｃ ｍ－‘
ｉｎｃｒｅａｓｉ“ｇ ｏｆＮｄ３＋ｉｏｎｓ ｃｏｎｃｅｎｔｍｔｉｏｎ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓｌ Ｎｄ：ＧＧＧ ｃ７ｙｓ叫；ｎｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ８ｐｅｃｔｒａ；ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒａ
Ｂｉｏｇｒ印ｈｙ： Ｌｌｕ ＪｉⅡｇｈｅ，Ｐｒ０如ｓｓｏＬ ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅ““ｇ，ｃｈａ“ｇ。ｂｕｎ ｕｎｉＶｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ弘 ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００２２，Ｐ Ｒ ｃｈｉｎａ，Ｔｅｌ：００８６—４３１—５５８３ｌ ７７，Ｅ—ｍａｉｌ：巧一ｃｕｓｔ＠１２６．ｃｏｍ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｌｓ ｐ叩ｅＬ Ｎｄ：ＧＧＧ ｓｉ“９１ｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｗａｓ ｇｒｏｗｎ ｂｙ Ｃｚ ｍｅｔｈｏｄ．Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ８ｐｅｃｔｒａ ａｎｄ ａｂｓｏ叩ｔｉｏｎ ｓｐｅｐｔｍ ｗａｓ ｍｅａｓｕＩｅｄ ａＲｅｒ
ａｂｓｏ叫ｉｏｏ 血ｅ Ｎｄ：ＧＧＧ ｓｉ“ｇｌｅ。ｆｙｓｔａｌ ｗａｓ ｃｕｔ ａｎｄ ｐｏｌｉｓｈｅｄ Ｔｈｅ ｍａｉｎ
３结果与讨论
３ １ Ｎｄ：ＧＧＧ晶体的荧光光谱分析 晶体的荧光光谱如图２所示。从图２中看到，荧
光发射的虽强峰位于９４３０ ｃｍ。‘处，是Ｎｄ”４Ｆｍ．４Ｉ…２ 谱相导致的荧光发射，这正是所需要的。同时对掺杂
收到初稿日期：２００４—０９—０８：收到修改稿日期：２呻５—０２．２０ 作者简介：刘景和，男，】９４】年生，教授，博士牛导师，鲢春理工大学材料与化１＝学院，吉林Ｋ春１３００２２，电话：０４３ｌ一５５８３１７７
ｐｅａｌ（ｏｆ Ｎｄ：ＧＧＧ ｃｒｙｓｔａｌｉｓ ８０８ ｎｍ ａｎｄ ｎｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ—ｅｍｉｓｓｉｏ“ｐｅａｋ
ｉｓ ９４３０ ｃｍ～，ｗｈｉｃｈ ｃｏｒｒｅ８ｐｏｎｄ ｔｏ ４Ｆ３，２—４１】１，２ ｅｍｌｓｓｉｏｎ ｂａｎｄ ｏｆＮ一＋ｉｏｎｓ Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ，ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｎｔｅｎｓＩｔｙ ｂｅｃｏｍｅ ｓⅡｏｎｇｅｆ ｗｌｔｈ ｔｈｅ
为４８８ ｎｍ的Ａｒ离子激光器激发Ｎｄ：ＧＧＧ晶体，获得 了Ｎｄ：ＧＧＧ晶体的荧光发射。 ２．３晶体的吸收光谱测试
利用美国ＰＥｒｋｉｎ—ＥＬＭＥＲ Ｌ蛐ｂｄａ９ｕｖ／ｖｌｓ，ＮＩＲ
分光光度计测试了不Ｉ亩Ｉ钕离子掺杂浓度的晶体在７００ ｎｍ～８５０ ｎｍ波段内的吸收光谱。测试条件为：狭逢宽 度为２ ｎｍ，扫描速度为６０ ｎｍ，ｍｊｎ，响应时间为１ ｓ。
万方数据
Nd:GGG晶体光谱特性的研究
作者：
作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
刘景和， 孙晶， 曾繁名， 李建利， 万玉春， 关效贤， Liu Jinghe， Sun Jing， Zeng Fanming， Li Jianli， Wan Yuchun， Guan Xiaoxian 长春理工大学,吉林,长春,130022
（王爱华）．如＂州Ⅱ，０厂幽ｄ＂胁肿ｄＨｄ眈ｃ加Ｈ胁（量子电子学
报）【Ｊ］，２００２，１９（６）：４８ｌ ［７】ｚｈｕ Ｈｕａｎａｎ（朱化南）．Ｇｍ“Ｈｄ』Ｈｆｆ－ｄｊ坩ｒ妒阮印Ｄｍ（地而防空
武器）［Ｊ］，２００３，Ｉ：４９ １８】ｓｕｎ ｊｉｎｇ（孙 晶），Ｌ１ｕ ｊｉｎｇｈｅ（刘景和），Ｇｕａｎ ｘｉａｏｘｉ孤（关嫂
Ｅ－ｍａｌｌ：剐一ｃｕｓｔ＠１２６ ｃｏｍ
万方数据
·６０·
稀有金属材料与工程
第３５卷
浓度不同样品的荧光光谱进行对比分析，发现在掺杂 浓度低于６％的范围内，掺杂浓度高的样品的荧光发 射峰的强度更强一些，如图３所示。
量的。个物理量，它在激光系统设计中起着关键的作
用。对Ｎｄ离子掺杂晶体的４ Ｆ３，：＋４Ｉ¨，：跃迁而言， 其峰值有效的受激发射截而可由下式计算：
本文就ｓｓＨｃＬ主要的关键技术之——热容固 体激光器Ｔ作物质（Ｎｄ：ＧＧＧ晶体）的光谱性能进行 ｒ系统研究。
２实验
２．１ 晶体生长 采用提拉法生长了Ｎｄ：ＧＧＧ晶体≯Ｊ，切割后经端
面抛光的晶体尺寸为曲３ ｍｍｘ２０ ｍｍ，如图ｌ所示。
图１ Ｎｄ：ＧＧＧ晶体
Ｆｉｇ ｌ Ｎｄ：ＧＧＧ ｃｒｙｓｔａｌ
２ ２晶体的荧光光谱测试 采用英国的荧光光谱仪，在室温条件下，用波长
式中，＾。是荧光分了波长，为１．０６¨ｍ；＿是量子效率 （对Ｎｄ：ＧＧＧ而言，可取目＝１）；”是晶体的折射率，对 Ｎｄ：ＧＧＧ而占为１．９４：ｃ是光速，取３×１０８ｍ／ｓ；ｈ是 荧光寿命，我们测试Ｎｄ：ＧＧＧ晶体的ｒ＝２５０ ｕｓ； △九ｃ。ｆｆ）为荧光发射谱带有效半宽度。
将图２沿波数轴展开可得图６，通过对图进行５ 点ＦＦＴ Ｆｉｌｔｅｒ平滑可得如图７所示情形。
Ｅｋｃｆｍ月姗【Ｊ】，２００ｌ，３ｌ（４）：３０３
Ｇａｌａｒｎｅａｕ舢【“１９９８， 【４］Ｂｍｏ Ｌａｂｒａｎｃｈｅ，ｗｕ Ｑｕｎ Ｐｉｅｆｒｅ
２０４ｌ：３２６
【５］Ｒｏｈｅｒ Ｍ盯ｋ Ｄ，Ｄ肌ｅ Ｂｒｅｎｔ．印，协ｃＤ埘卅枷ｉ衄ｆｆ口目ｓ【Ｊ］，２００ｌ，
１９８：１５５
［６】Ｚｈａｎｇ Ｑｉｎ９１ｉ（张庆礼），Ｙｉｎ ｓｈａｏｔａｎｇ（殷绍唐），ｗ８ｎｇ Ａｉｈｕａ
２６４
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｓｐｅｃｔｒａ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｎｄ：ＧＧＧ Ｃｒｙｓｔａｌ
Ｆａ唧ｉｎｇ，Ｌｉ Ｌｉｕ Ｊｉｎｇｈｅ，Ｓｕｎ Ｊｉｎｇ，ｚｅｎｇ
Ｊｉａｎｌｉ，Ｗａｎ Ｙｕｃｈｕｎ，Ｇｕａｎ Ｘｉａｏｘｉａｎ
（ｃｈａｎｇｃｈｕｎ ｕｎｌｖｅｒｓｉ‘ｙ ｏｆｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ＴｃｃｈｎｏＩｏｇｙ，Ｃｈ８“ｇｃｈｕｎ １３００２２，ｃｈ抽ａ）
哪，＝壶等，尚２击‘岳‘尚
＝击‘袈＋‰ｍ
Ｗａｖｅｎｕｍｂｅ“ｃｍｌ 图２ Ｎｄ：ＧＧＧ单晶的荧光光谱 Ｆｉｇ．２ ＦＩｕｏ咒ｓｃｅｎｃｅ印ｅｃｔｒｕｍ ｏｆＮｄ：ＧＧＧ ｓｉｎｇ【ｅ。ｒｙｇ【ａｌ
葛∞鲁∞ｏｕ口ｏ＝旨ｏ∞《
Ｗａｖｅｌｅ”ｇｔｈ／ｎｍ 蚓４ Ｎｄ：０ＧＧ晶体的吸收光谱图 Ｆ噜４ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ５ｐｅｃｈｕｍ ｏｆＮｄ：ＧＧＧ。ｒｙｓｔａｌ
并且Ｎｄ：ＧＧＧ晶体的吸收普宽度大丁Ｎｄ：ＹＡＧ晶 体的吸收谱”Ｊ，这有利于激光二极管泵浦。 ３．３ Ｎｄ：ＧＧＧ晶体的受激发射截面
受激发射截面是衡量激光工作物质最基本光学质
万方数据
＿ｇ旨ｏ口。丑苔∞Ｄ《
罔５ 不同钕离子浓度掺杂Ｎｄ：ＧＧＧ晶体的吸收光谱图
Ｆｉｇ．５
Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒａ ｏｆＮｄ：ＧＧＧ。ｒｙｓｔａｌ ｏｆｄｉｆＴｅｒｅｎｔ Ｎｄ” ｄｏｐｉｏｇ ｃｏｎｃｅｎ臼ａｔｉｏｎ
稀有金属材料与工程 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING 2006，35(1) 4次
参考文献(9条)
1.毛艳丽;邱后宏伟;徐军 高浓度掺钕钇铝石榴石(Nd∶YAG)晶体的光谱与激光特性[期刊论文]-光学学报 2001(10)
2.孙晶;刘景和和;关效贤 查看详情 2004(z1) 3.朱化南 查看详情 2003
根据图中信息，经过计算可得荧光发射潜带有效半
第ｌ期
刘景和等：Ｎｄ：ＧＧＧ晶体光谱特性的研究
·６１．
宽度出“。Ｈ，＝８．２５ ｎｍ，将上面相关数据代入式（１）可 得Ｎｄ：ＧＧ０晶体的受激发射截面面≈）－２１．５７×１０。２０ｃｍ２。
射峰位于９４３０ｃｍ。１，是Ｎｄ３＋４Ｆ３，２－４Ｉ…２谱相导致的荧光 发射。
ｊ虢、讲ｄ．Ｒ懈Ｍｅ把ｌ Ｍｄｔｅｒ｛ｎｈ洲ｄ Ｅｎｇ｛ｎｅｅｒｔｎ黼书盈鼠槠
料与Ｔ程）【Ｊ】，２００４，３３（ｓ”ｐｐｌ １）：８ｌ 【９］Ｍａｏ Ｙａｌｌｌｉ（毛艳丽），Ｑｉｕ Ｈｏ“ｇｗｅｌ（邱宏伟），ｘｕ Ｊｕｎ（徐军）Ｐ，
口，如“ｒ”甜。，０ｐ“甜肋ｃｆｅ“光学学报）【Ｊ］，２００ｌ，２１（１０）：