具有四方有序结构的新型双钨（钼）酸盐自拉曼激光晶体的生长与性能研究

Crystalline Raman technique can significantly extend the spectral coverage of solid-state lasers, which has important applications in various fields such as medical treatment, color display, remote sensing and range finding. Searching for good self-Raman laser crystals is consistent with the trend in developing integrated and miniature all-solid-state lasers operating in the new wavelengths, and becomes the research hotspot and difficult point in the related areas. The [XO4] anionic groups of the tetragonal Nd3+:CsLa(XO4)2 exhibit excellent Raman scattering activity, while the ordered arrangement of Cs+ and La+ can suppress the spectral widening, which is benefical for large absorption and emission cross sections as well as high Raman scattering cross section. In addition, the optically uniaxial character of Nd3+:CsLa(XO4)2 makes crystal orientations and device design simple. Therefore, Nd3+:CsLa(XO4)2 crystals are attractive as a new type of efficient self-Raman laser materials. This project plans to grow high-quality and large-size Nd3+:CsLa(XO4)2 crystals via flux method, present their structural, mechanical, thermal and optical properties, and investigate the LD pumped fundamental and Self-Raman lasing characteristics.

晶体拉曼激光技术可以有效拓展激光波长的覆盖范围，因而在医疗、显示、遥感和激光测距等诸多领域获得了重要应用。开发优秀的自拉曼激光晶体材料符合当今新波长全固态激光器集成化、小型化的发展趋势，近年来成为相关领域研究的热点和难点。Nd3+:CsLa(XO4)2 (X = W, Mo) 具有四方有序结构，其[XO4]阴离子基团呈现出优异的拉曼活性，阳离子的有序排列则可以有效抑制谱线加宽，从而有利于获得大的吸收和发射截面以及高的拉曼散射截面，同时光学单轴特性保证了晶体定向、加工简单便于器件设计，因此有望成为一类新型高效的自拉曼激光晶体。本项目研究熔盐法生长优质大尺寸的Nd3+:CsLa(XO4)2 (X = W, Mo) 晶体的工艺条件，采用X-射线、热分析、荧光和拉曼等测试手段系统表征其结构、机械、热学和光学等特性，在此基础上设计开展LD泵浦的基频激光和拉曼激光实验。

化学式为ALn (XO4)2 (A = Li, Na, K, Rb, Cs; Ln = Lanthanides；X = Mo, W)的碱金属–稀土双钨（钼）酸盐是一类重要的激光晶体和拉曼晶体材料。A = Li、Na系列晶体通常具有四方无序结构，光谱谱线的非均匀加宽，适合产生可调谐和飞秒激光，但也造成了激光、拉曼增益较小。单斜有序的KLn(WO4)2 (Ln = Gd, Y, Lu)晶体虽然晶体对称性较低（双轴晶），但有序结构保证了较大的增益，因此是已商品化的激光晶体和拉曼晶体。Nd3+:CsLa(XO4)2 (X = W, Mo)以其四方有序结构特征，预期具有单轴、谱带窄、激光和拉曼增益高等优点，有望成为一类新型高效的自拉曼激光晶体。我们的研究工作对探索新型激光晶体、拉曼晶体及自拉曼激光晶体具有重要意义。.本项目研究该类晶体的生长、结构、热学、光谱及激光性能。经过三年研究，基本完成计划书拟定的研究目标，取得了以下成果：.1、 生长出Nd3+:CsLa(XO4)2 (X = W, Mo)和Ln3+:CsGd(MoO4)2 (Ln = Nd, Yb)等4种晶体。除此之外，发现CsLa(XO4)2结构框架可以容纳大半径稀土离子（如Pr3+、Nd3+），但无法进行小半径稀土离子（如Dy3+、Er3+、Yb3+）的掺杂，会出现或者生长不出单晶或者晶体中激活离子浓度几乎为零的状况。.2、 完成了CsLa(XO4)2的结构解析；测定了热学性质，证实相关文献报告CsGd(MoO4)2在500–540 °C左右的所谓相变吸热峰，其实是由杂相引起的。.3、 对所得晶体进行了室温自发拉曼光谱、吸收光谱、荧光光谱、荧光衰减以及低温激发光谱和发射光谱测试。无论振动光谱还是光致发光光谱，都表现出窄线宽、高增益的特点，这与其结构特征及项目预期相吻合。在808 nm半导体激光器泵浦下，Nd3+:CsLa(WO4)2晶体实现了在1057.5 nm的连续激光输出，起振阈值为0.62 W，在4.38 W入射泵浦功率下激光输出功率达到0.83 W，斜率效率达到23%。由于层状结构和易解理习性，Ln3+:CsGd(MoO4)2晶片的典型厚度不超过1 mm，不太适合传统的固态激光器，但作为免加工激光介质应用于薄片激光器和板条激光器有一定潜力。.4、 本项目部分成果发表SCI收录论文11篇，申报发明专利4项。