2.911μm新型钽酸盐激光晶体的生长和性能研究

The water absorption is weak at 2.911 μm，which can be applied in the fields of the detection, military, and scientific research，at present，some special and important areas are in urgent need of crystal for the wavelength laser, but there is no report on it. It is found that a 2.911µm emission peak can obtained by change of the ratio of Gd and Y in the Yb3+-Ho3+ co-doped GdxY1-xTaO4 (Yb,Ho:GYTO) crystal，moreover, it is found that the lower level lifetime of Ho3+ at 2.9μm can be reduced by doped Pr3+. The goal of the item is to realize laser output at 2.911µm, it takes the Ho:GYTO crystal as its object study，takes Yb3+、Cr3+、Pr3+ as the sensitizer. The main work is to optimize the concentration of the doping components，study the crystal growth process，and carry out a systematic study on the crystal field、luminescence、thermal and laser properties. And finally，it is expected to obtain the efficient crystal for 2.911µm laser，and provide the working substance for this special and important laser development。

2.911μm是大气的一个弱吸收窄带，在检测、军事及科学研究等领域有着重要的应用，目前一些特殊而重要的领域急需该波长的激光晶体，但此前还未有该波长激光晶体报道。实验发现Yb3+-Ho3+共掺杂GdxY1-xTaO4（Yb,Ho:GYTO）晶体中，通过调节Gd/Y比例，可获得2.911µm发光；同时还发现Pr3+掺杂可以降低Ho3+ 2.9µm的激光下能级寿命。项目拟以实现2.911μm的激光输出为目标，以Ho:GYTO晶体为研究对象，以Yb3+、Cr3+、Pr3+作为敏化剂，优化各组分含量，研究晶体生长工艺，对其晶体场、发光、热学及激光性能等进行系统研究，以获得高效的2.911µm激光晶体，为这一特殊而重要的激光发展提供工作物质。

水汽对于2.911μm波长的吸收弱，因此该波长的激光在检测、军事及科学研究等领域有着重要的应用。项目以GYTO晶体为研究对象，主要开展了组分设计和优化、研究提拉法晶体生长工艺，对其晶体场、发光、热学及激光性能等进行系统研究等工作。Yb,Ho:GdYTaO4和Pr,Yb,Ho:GdYTaO4晶体最佳组分分别为5at%Yb,1at%Ho,20at%Y和0.2at%Pr,5at%Yb,1at%Ho,47at%Y。获得了提拉法生长的工艺，生长出了高质量的晶体，为物化性能测试提供了合格样品。对Yb,Ho:GdYTaO4和Pr,Yb,Ho:GdYTaO4晶体的发射光谱、荧光寿命进行了测量和理论计算，掺入Pr3+后，2.9μm激光下能级的寿命得到了大幅降低，这有利于粒子数反转，易实现激光输出。探明了晶体在泵浦波长940 nm处C方向的吸收系数最大， C向作为泵浦方向，有利于提高泵浦效率。对晶体的热学性能进行测量和分析，a方的热膨胀系数比较小，热导率和热扩散沿C向比较大，这些数据对于晶体生长方向和泵浦方向的选择提供指导。进行了激光输出实验，但未实现2.911μm激光输出。