尊龙凯时在梯度濃度Nd:YAG和Nd:GdYAG晶體制備及激光性能研究方面取得新進展
時間：2024-03-21 作者：窦仁勤
近日，尊龙凯时张庆礼研究員课题组与健康所江�：友芯繂T课题组在梯度浓度激光晶体生长及激光性能研究方面进一步深入合作，采用类泡生方法生长了不同梯度浓度的Nd:YAG和Nd:GdYAG激光晶体，Nd:GdYAG的激光性能优于近似梯度浓度Nd:YAG晶体，相关研究成果以《渐变浓度掺钕钇铝石榴石系列晶体的生长与激光性能》为题发表在国际知名光学TOP期刊Optics and Laser Technology上。
激光晶體中激活離子的發光性能一般受到基質晶體中配位體和晶體場等因素影響，钆離子(Gd3+)的能級結構相對簡單，與钕離子(Nd3+)的4F3/2、4I15/2、4I13/2、4I11/2等能級無重疊，不會産生能級的交叉弛豫和吸收，可實現晶體的發光性能的調控。研究團隊在梯度濃度的Nd:YAG晶體中摻入Gd3+，优化发光性能，并采用泡生法生长了不同梯度浓度的Nd:YAG和Nd :GdYAG激光晶体。经激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法测定，等径部分Nd :YAG晶体的浓度为0.17~0.38 at%和0.95~2.86 at%，Nd :GdYAG为0.18~0.32 at%。沿晶体生长方向不同位置，808nm的吸收系数呈增大趋势，进一步表明晶体中Nd3+浓度具有梯度分布。从三支晶体的等径部分取出Ф 3 × 40 mm的激光棒，进行滚圆和端面加工，设计和加工了热沉，采用端面泵浦方式，低浓度端为入射端，平平腔结构，进行了激光性能测试。0.17~0.38 at% Nd:YAG和 0.18~0.32 at% Nd:GdYAG的激光斜效率分别为52.8%和55.0%，最高输出功率分别为7.76W和8.13W；由于整体浓度偏高，存在浓度猝灭效应，0.95~2.86 at% Nd:YAG的激光斜效率为47.4%，最高输出功率6.82W。当高浓度端为入射端时，激光性能明显下降。实验结果表明，梯度浓度晶体可有效提高激光输出效率，并且梯度浓度Nd:GdYAG的激光性能优于近似梯度浓度Nd:YAG晶体，梯度浓度激光晶体有望为高效激光技术提供新型晶体料基础。
該研究工作得到國家自然基金面上基金(No.52272011)和中科院青年創新促進會(No.2023463)的資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2023.110227
晶體等徑部分的濃度分布
生長的晶體毛坯
生長方向不同位置處的吸收光譜
三種晶體棒激光輸出功率隨泵浦功率的變化