量子电子学报杂志

量子电子学报杂志2021年第2期

• 氟硼铍酸钾晶体及深紫外全固态激光

  王晓洋∗,刘丽娟

  深紫外(DUV) 全固态相干光源( < 200 nm) 在前沿科学、高技术等领域有着重要应用。将商业化的高功率可见/近红外全固态激光通过非线性光学晶体进行多级变频是实现该光源的有效途径。从双折射和色散两个方面阐述了满足深紫外非线性光学晶体的基本条件, 介绍了深紫外非线性光学晶体的探索和实用化所需克服的技术困难; 重点以氟硼铍酸钾(KBBF) 和氟硼铍酸铷(RBBF) 晶体为代表, 介绍其发现过程、晶体生长技术、棱镜耦合器件技术、光学性质以及深紫外波段倍频能力; 还详细介绍了相关的深紫外全固态激光的研究进展, 以及该光源在先进科学仪器上的应用, 尤其是在超高分辨率光电子能谱仪方面的应用和取得的重要成果。最后展望了深紫外非线性光学晶体及深紫外全固态激光技术的发展方向。

• 钛宝石激光晶体研究进展

  徐民,龚巧瑞,李善明,杭寅∗

  钛宝石(Ti:Al2O3) 激光晶体具有高硬度、高热导、宽带吸收、宽带发射等性能特点, 广泛应用于可调谐、高功率和超快激光领域。近年来, 钛宝石晶体的生长技术、基础理论分析和器件化应用都得到了极大的发展, 对其进行的研究也越来越深入、广泛。综述了钛宝石晶体材料研究和应用的主要进展。

• 直径3英寸钆镓石榴石晶体生长及性能研究

  程毛杰,张会丽,董昆鹏,权聪,胡伦珍,韩志远,孙敦陆,∗

  采用熔体提拉法, 通过设计合理的晶体生长温场结构和优化生长气氛等, 有效抑制了镓挥发, 结合原料预处理及缩颈等工艺, 成功生长出了高质量的直径3 英寸Gd3Ga5O12(GGG) 晶体。对其晶体结构、结晶质量、位错形貌及透过光谱等进行了详细研究。X 射线粉末衍射(XRD) 表明该晶体为单相且晶格常数为1.2379 nm;(111) 结晶面的X 射线摇摆曲线(XRC) 显示晶体具有较好的结晶质量; 原子力显微镜(AFM) 测量晶体(111) 抛光片的表面粗糙度约为0.203 nm; 观察分析了晶体(111) 结晶面的位错腐蚀坑, 位错密度为28∼85 个/cm2; 透过光谱显示晶体具有较宽的透光波段, 并拟合出了塞米尔方程系数。结果表明生长的三英寸GGG 晶体可以作为磁光外延膜的衬底材料和激光基质, 并且较大的尺寸能够有效提高晶体使用的取材效率和一致性。

• 采用XRF方法准确测定Yb:YAG晶体组分

  窦仁勤,罗建乔,刘文鹏,高进云,王小飞,何異,陈迎迎,张庆礼

  针对目前普遍存在的难以准确测定晶体组分的问题, 提出一种以YAG 晶体为标样、采用X 射线荧光光谱分析法准确测定晶体组分的方法。测试样品分别为纯YAG 晶体、生长原料掺杂浓度1.2 at% 和2.0 at% Yb:YAG 晶体, 采用X 射线荧光光谱分析法, 对不同浓度的Yb:YAG 晶体的组分进行了无损、快速、准确的测定。以纯YAG 晶体作为标准样品, 标定主成分的含量, 大幅提高了检测结果的准确度, 主成分Y3+ 和Al3+ 的测试误差小于1%、掺杂Yb3+ 的测试误差小于5%。通过晶体放肩初始部位Yb3+ 的浓度测定结果, 计算出Yb3+ 在两种待测晶体中的分凝系数分别为1.025 和1.045, 接近于1, 有利于实现Yb:YAG 晶体的高浓度掺杂以及优质晶体生长。2.0 at% Yb:YAG 晶体的首尾掺杂浓度差小于5%, 说明晶体等径部分掺杂浓度均匀性高。

• 新型长波红外材料PbGa6Te10 的生长

  韩卫民,倪友保∗,吴海信,王振友,黄昌保

  新型长波红外材料PbGa6Te10 具有折射率高( > 3)、红外透光范围广(1:4 ∼ 22:3 m)、稳定性和机械性能较好等优点, 具有较大的应用潜力。但PbGa6Te10 为非同成分共熔体, 极易导致成分偏析, 形成杂相等。采用振荡辅助单温区法合成了优质多晶, 由垂直布里奇曼法生长出了长度达100 mm、最大直径为26 mm 的PbGa6Te10 单晶棒。对生长出的晶体进行了X 射线粉末衍射、摇摆曲线、热重差热分析和透过率等测试。结果表明所生长出的晶体为PbGa6Te10 单晶; 结晶性较好, 半峰宽(FWHM) 为0.214◦; 晶体具有良好的热稳定性; 根据漫反射吸收曲线计算得到PbGa6Te10 的带隙值为1.01 eV; 透过率曲线表明在2:5 ∼ 22:3 m 波段平均透过率约28%。

• 准相位匹配深紫外非线性光学晶体研究进展

  单排,王祖建,苏榕冰,,何超,杨晓明,龙西法,

  深紫外非线性光学晶体是深紫外全固态激光器的关键部件。由于带隙、非线性光学系数、双折射率等因素的限制, 除KBe2BO3F2 晶体外, 现有非线性光学晶体皆难以通过相位匹配实现深紫外激光输出。基于准相位匹配原理实现深紫外激光输出是解决深紫外非线性光学晶体相位匹配问题的新思路。综述了氟化钡镁(BaMgF4) 晶体、镁方硼石(Mg3B7O13Cl) 晶体、硼锗酸镧(LaBGeO5) 晶体的特性, 并介绍了这些晶体基于准相位匹配原理应用于激光输出的研究进展。最后提出了有关准相位匹配深紫外非线性光学晶体研究的建议, 并进行了展望。

• BaGa4Se7 和BaGa2GeSe6 晶体研究进展

  李壮,李春霄,姚吉勇,∗,吴以成,

  硒镓钡(BaGa4Se7, BGSe) 和硒锗镓钡(BaGa2GeSe6, BGGSe) 晶体是由中国科学家自主研发的新型红外非线性光学材料。其具有优异综合性能, 在激光领域有着重要的应用价值, 因此引起了国内外广泛的关注。总结了近期BGSe 和BGGSe 的晶体生长进展和激光输出成果, 并对未来发展进行展望。

• 单晶光纤的生长技术与应用研究

  张中晗,戴云,王阳啸,张振,武安华,苏良碧,∗

  单晶光纤(SCF) 即具有光纤形态的单晶体, 不仅保持了单晶材料优异的理化性能, 而且具备光纤散热效率高的优势和光波导特性, 在固态激光、辐射探测、高温传感等领域具有潜在的应用前景。近年来, 研究人员在单晶光纤的晶体生长、包层制备技术、器件应用等领域开展了大量研究。本文围绕当前制备氧化物和氟化物单晶光纤广泛采用的微下拉法、激光加热基座法、导模法等晶体生长技术展开详细讨论, 论述了上述晶体生长技术的原理和应用特点, 并介绍了国内外相关领域科研团队的研究进展。此外, 简要介绍了单晶光纤在高功率激光、中红外激光、辐射探测等领域的应用探索, 并探讨了单晶光纤的包层制备技术。

• 激光加热基座光纤炉研制及单晶光纤生长研究

  戴云,张中晗,王皙彬,李金,龙勇,苏良碧,丁雨憧,武安华,∗(

  单晶光纤(SCF) 是一种将体块晶体与玻璃光纤的优势相结合的新型一维化晶体材料, 其具有优异的物理化学以及热管理性能, 在激光、闪烁、传感等方面具有巨大的应用潜力。目前单晶光纤的主要生长方法有激光加热基座(LHPG) 法和微下拉(-PD) 法, 其中LHPG 法生长过程中不需要使用坩埚, 可制备更小直径的单晶光纤,以充分发挥光纤的形态优势。研制了国内具有自主知识产权的LHPG 单晶光纤炉, 并生长了Al2O3、YAG、LuAG 等单晶光纤, 其中YAG 单晶光纤直径可达200 m, 长度为710 mm, 长径比大于3500:1。同时对单晶光纤的直径均匀性、结晶质量等性能进行了研究, 结果表明准一维化的单晶光纤仍具有良好的物化性能。

• Ta5+、Nb5+ 掺杂-Ga2O3 单晶 光电性质研究进展

  王超,赛青林∗,齐红基∗

  -Ga2O3 作为宽禁带半导体材料, 以其优越的光学性质、电学性质和广阔的应用前景近年来受到国内外学者的广泛关注。基于本研究团队在如何制备-Ga2O3 单晶及如何通过掺杂五族离子实现对-Ga2O3 单晶电学性质及光学性质的调控两个重要课题上的深入研究, 对-Ga2O3 单晶的制备方法、Ta5+ 与Nb5+ 掺杂-Ga2O3单晶的电学性质及光学性质进行了综述。

• 稀土光学晶体研究新进展

  王燕,李雯,薛冬峰,∗

  稀土光学晶体是一类重要的高端光学材料, 是指稀土元素可以完整占据结晶学结构中某一格点的光学晶体, 在军事国防、国民经济和科学技术领域等方面具有重要的应用。稀土光学晶体的研究以稀土离子特性和相图分析为基础, 结合结晶生长的化学键合理论, 确定材料组分、晶体生长方法和工艺参数等, 获得大尺寸单晶体。对稀土离子发光原理、典型稀土光学晶体的组成设计以及若干稀土光学晶体类型的发展情况进行简介, 并综述了近几年面向不同应用领域的稀土光学晶体材料的研究新进展。稀土光学晶体材料的研发是实现稀土资源高质量发展的重要途径, 需要多学科交叉领域的协同发展。

• 超快闪烁晶体研究进展

  杨帆,任国浩

  随着高重频辐射成像技术的发展和时间飞行技术在核医学成像领域的应用, 超快闪烁晶体的重要性愈加凸显, 已经成为闪烁晶体研究领域的热点方向。目前获得应用的超快闪烁晶体主要有三类: 芯带价带发光闪烁晶体, 直接带隙半导体, 发光有强热淬灭闪烁晶体。这些闪烁晶体具有小于3 ns 的闪烁衰减时间, 已经在高重频辐射成像、高能物理实验以及核物理实验等领域获得应用。但是这些晶体光产额较低、能量分辨率较差, 有些晶体闪烁发光还有慢分量, 这些缺点制约了它们在诸如正电子发射断层扫描等领域的应用。因此需要在发光机制及晶体制备等方面进行创新, 以制备出满足新的应用需求的超快闪烁晶体。

• 不同厚度Ce:GAGG闪烁晶体性能研究

  王强,丁雨憧∗,屈菁菁,王璐,董鸿林,方承丽,毛世平

  选择不同厚度的Ce:GAGG 闪烁晶体(2, 4, 6, 8, 10 mm), 通过透过率测试分析自吸收对Ce: GAGG 闪烁晶体性能的影响, 同时研究晶体表面不同粗糙度、不同封装、不同耦合方式对Ce: GAGG 闪烁晶体光输出、能量分辨率的影响。实验结果表明通过优化Ce: GAGG 闪烁晶体样品表面粗糙度、封装反射层和耦合方式, 能大幅度提高Ce: GAGG 闪烁晶体样品的光输出和能量分辨率。使用137Cs 标准放射源, 测试得到Ce: GAGG 闪烁晶体样品的最佳能量分辨率为7.0%。