Herstellung von Nd:YLF-Rohmaterialien durch Schmelzverfahren und Untersuchung ihres Kristallwachstums und ihrer Eigenschaften - 05

2 Ergebnisse und Diskussion

Der Absorptionsquerschnitt ist ein wichtiger Parameter für das optische Pumpen von Laserkristallen. Die Berechnungsformel lautet:P_Bauchmuskeln =A_(l)/N, WoN ist die Konzentration von Nd³⁺ im Kristall (die Anzahl der Ionen pro Volumeneinheit), die 1,78×10 beträgt²⁰ cm^-3, UndA_(l) ist der Absorptionskoeffizient, der mit der Formel (3) berechnet werden kann:

A_(l) = A.303LJ (1/T)/D    (3)

In der Formel giltD ist die Dicke des Kristalls in Lichtdurchlässigkeitsrichtung (cm),T ist die Durchlässigkeit, und der Absorptionskoeffizient in a-Richtung wird mit 5,99 cm berechnet.^-1 (797,4 nm) und der Absorptionskoeffizient in c-Richtung beträgt 9,77 cm^-1(792,3 nm). Ihre Absorptionsquerschnitte betragen daher 3,37×10^-20 cm² und 5,49×10^-20 cm²jeweils.

Abbildung 9 zeigt das Emissionsspektrum von Nd:YLF(www.wisoptic.com)Kristall unter 808 nm Anregung, und die den Emissionsbändern entsprechenden Energieniveauübergänge sind in der Abbildung dargestellt. Es ist ersichtlich, dass die Emissionsbänder des Kristalls hauptsächlich in drei Bändern konzentriert sind, nahe 0,9 µm, 1,05 µm und 1,3 µm, entsprechend der⁴F_3/2→⁴ICH_9/2,⁴F_3/2→⁴ICH_11/2 Und⁴F_3/2→⁴ICH_13/2 Übergänge von Nd³⁺. Es gibt starke Emissionsspitzen bei 1047 nm und 1053 nm in der Nähe von 1,05 µm, und die stärkste Emissionsspitze liegt bei 1047 nm.

Feige.9 Emissionsspektrum eines Nd:YLF-Kristalls, angeregt durch 808 nm

Abbildung 10 zeigt die gemessene Fluoreszenzabklingkurve des Nd:YLF-Kristalls. Die Fluoreszenzlebensdauer beträgt 483 μs nach Anpassung mit einer einzelnen Exponentialgleichung. Seine Fluoreszenzlebensdauer ist etwa doppelt so hoch wie die von Nd:YAG, wodurch es einfacher ist, eine hochenergetische gepulste Laserleistung zu erzielen.

Feige.10 Fluoreszenzabklingkurve eines Nd:YLF-Kristalls bei 1047 nm

Der stimulierte Emissionsquerschnitt (P_em) ist ein wesentlicher Parameter für die Bewertung von Lasermaterialien und die Entwicklung von Lasergeräten. DieP_em des Nd:YLF-Emissionspeaks kann direkt aus dem Emissionsspektrum gemäß Formel (4) geschätzt werden:

Wo A_(l) stellt den stimulierten Emissionsquerschnitt bei der Wellenlänge darl,l ist die zentrale Wellenlänge des Emissionsbandes,C ist die Lichtgeschwindigkeit (C=3×10⁸MS),N ist der Brechungsindex des Kristalls,T_M ist die Fluoreszenzlebensdauer, ΔN ist die halbe maximale Breite des Emissionspeaks (cm^-1),B ist das Fluoreszenzverzweigungsverhältnis des entsprechenden Wellenlängenenergieniveauübergangs des Nd³⁺lumineszierendes Ion im Kristall und dieB Wert, der dem⁴F_3/2→⁴ICH_11/2 Übergang bei 1047 nm und 1053 nm beträgt 0,18. Daher berechnen sich die Emissionsquerschnitte bei 1047 nm und 1053 nm zu 1,598×10^-19 cm² und 1,358×10^-19 cm². Es zeigt sich, dass die Emissionsquerschnitte dieser Übergänge relativ groß sind und in etwa den Emissionsquerschnitten von Nd entsprechen.³⁺-dotiertes YAG (1,422×10^-19 cm²) und YVO₄(1,37 × 10^-19 cm²) Kristalle. Da das Produkt aus Fluoreszenzlebensdauer und stimuliertem Emissionsquerschnitt umgekehrt proportional zur Schwingungsschwelle des Lasers ist, weist Nd:YLF eine niedrigere Laserschwelle auf als Nd:YAG-Laser.

3 Fazit

In dieser Studie wurde eine nahezu geschlossene Schmelzvorrichtung verwendet. Die Rohstoffe wurden bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des YLF-Kristalls vollständig geschmolzen und die schwimmenden Materialien vollständig geborgen, um hochreine polykristalline Nd:YLF-Wachstumsrohstoffe zu erhalten. Aus den im Schmelzverfahren hergestellten Rohstoffen wurde ein vollständiger Nd:YLF-Kristall mit den Abmessungen ϕ35 mm × 140 mm durch Ziehen in einer hochreinen Argonatmosphäre gezüchtet. Die XRC-Halbwertsbreite des Kristalls betrug nur 0,007°, was auf eine gute Kristallqualität hindeutet. Der Segregationskoeffizient von Nd³⁺im Nd:YLF-Kristall beträgt 0,3, was zur Erzielung einer hochkonzentrierten Dotierung und zur Verbesserung der Lasereffizienz beiträgt. Für verschiedene Kristallrichtungen des Kristalls sind die stärksten Absorptionsspitzen leicht unterschiedlich und liegen bei 797,4 nm (a-Richtung) bzw. 792,3 nm (c-Richtung) mit Absorptionskoeffizienten von 5,99 cm^-1 und 9,77 cm^-1und Absorptionsquerschnitte von 3,37×10^-20 cm² und 5,49×10^-20 cm². Der stärkste Emissionspeak liegt bei 1047 nm, der Emissionsquerschnitt beträgt 1,598×10^-19cm2, und die Fluoreszenzlebensdauer beträgt 483 μs. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass der durch das Schmelzverfahren hergestellte polykristalline Nd:YLF-Rohstoff eine hohe Kristallphasenreinheit aufweist, wodurch die Bildung von Fluoridoxiden während des Kristallwachstums stark reduziert werden kann, die Anforderungen des Kristallwachstums in Ar-Atmosphäre erfüllt werden und ein neuer technischer Ansatz für das Wachstum hochwertiger und kostengünstiger Kristalle der YLF-Reihe bereitgestellt wird.