复合和掺质浓度梯度激光晶体的设计、生长和性能研究-以Nd:YGG为例

High power lasers have many important applications.Several methods have been tested in order to improve laser ourput power, and good results have been obtained. Composite crystal is a very important method to imporve laser output power, but there are some problems in obtaining composite crystals. A new method, optical floating zone method, is used to grow composite and doping concentration gradient crystal in this projiect. Taking Nd:Y3Ga5O12 as an example, composite crystals are grown by using optical floating zone method after the two or three segments polycrystalline rods are designed. The structure, component, spectra properties of as-grown crystals are studied, and laser output experiments are also perpromance. Doping concentration gradient crystals are also grown by using optical floating zone method after the concentration gradient polycrystalline rods are designed. The structure, component, spectra properties of as-grown gradient crystals are studied, and laser output experiments are also perpromance. The experience of crystal can be used to grow crystals doping other ions and other kinds of crystals.. It is very important to study high power laser by this project by systematic researching the crystal grwoth and laser properties of composite and doping concentration gradient crystals.

高功率激光具有许多重要的应用。为了提高激光器的输出功率，人们进行了多种尝试，取得了良好的进展。采用复合结构的激光晶体来提高激光输出功率是一项重要的研究内容，但是有关复合晶体的制备技术目前还存在一定的问题。本项目提出一种复合和掺质浓度梯度晶体制备的新方法-光浮区法。以石榴石结构的掺钕Y3Ga5O12为研究对象，通过设计两段或三段复合晶体生长用料棒，采用光浮区法生长复合晶体，研究晶体的结构、组分、光谱特性，并进行激光实验研究。同时也设计的适合多段掺钕浓度梯度激光晶体的料棒，用光浮区法生长浓度梯度晶体，对生长的浓度梯度晶体进行结构、掺质浓度的测试等研究工作，进行激光研究。把光浮区生长晶体的经验可以推广到掺其他稀土离子和其他类型的激光晶体。. 通过本课题研究，全面、系统地研究用光浮区法生长复合和浓度梯度激光晶体，并进行激光性能研究，充分挖掘该类晶体的特点，对于高功率激光研究具有重要意义。

高功率激光具有许多重要的应用。为了提高激光器的输出功率，人们进行了多种尝试，取得了良好的进展。采用复合结构的激光晶体来提高激光输出功率是一项重要的研究内容，但是有关复合晶体的制备技术目前还存在一定的问题。本项目提出并实现了一种复合和掺质浓度梯度晶体制备的新方法-光浮区法。以石榴石结构的掺钕Y3Ga5O12为研究对象，通过设计两段或三段复合晶体生长用料棒，采用光浮区法生长出复合晶体，研究晶体的结构、组分、光谱特性，并进行激光实验研究。同时也设计的适合多段掺钕浓度梯度激光晶体的料棒，用光浮区法生长浓度梯度晶体，对生长的浓度梯度晶体进行结构、掺质浓度的测试等研究工作，并进行激光研究。结果表明复合激光晶体的输出功率得到较大提高。采用有限元数值分析方法，计算了均匀掺杂、YGG复合、分段复合和梯度浓度复合的温度分布，结果表明相比于均匀掺杂、YGG晶体复合和分段复合，梯度浓度复合可以更加合理地调节增益介质的温度分布，降低相应的Tmax和σmax (r0, z)（应力），因而在提高其激光性能，尤其在高功率激光应用方面有着重要的发展潜力。进行了复合晶体和均匀掺钕YGG晶体的人眼安全激光（1.42μm）实验研究，复合晶体的输出功率得到提高，（从1W提高到2.06W）。同时也制备了其他晶体，如Cr:YGG， Cr:YSGG，Yb:YSGG和Nd:LuYSGG晶体等，并对它们的激光性能进行研究。. 通过本课题研究，全面、系统地研究用光浮区法生长复合和浓度梯度激光晶体，并进行激光性能研究，充分挖掘该类晶体的特点，对于高功率激光研究具有重要意义。