SrB4O7光学材料的制备及性能研究.pdf

SrB O 光学材料的制备及性能研究 4 7 摘 要 非线性光学晶体在拓展激光波段方面的独特性质受到研究人员的广泛关注。 目前在紫外、可见和近红外波段都成功开发了一系列的非线性光学晶体，但是在 200nm 以下的深紫外波段仍然缺乏优异的激光倍频晶体。 SrB O （SBO）晶体具有优异的非线性光学性能，但是由于双折射率太小而 4 7 不能实现角度相位匹配，制约了该晶体作为激光倍频器件的应用。本论文通过对 锂离子掺杂 SBO （Li:SBO ）晶体的生长研究，采用顶部籽晶法生长出质量较好 57mm×25mm×15mm 的大块单晶；分析锂离子掺杂对SBO 晶体畴结构的影响， 实现Li:SBO 晶体在随机准相位匹配下的倍频输出。Li:SBO 晶体的透过光谱测试 显示相对于纯净的SBO 晶体，Li:SBO 晶体的紫外截止边红移到132nm 处。倍频 效应与晶体的缺陷研究说明，畴结构的衍生通常伴随着晶体结构的微观缺陷的出 现，锂离子的掺入使得Li:SBO 晶体畴结构的形态更加复杂、分布密度加大。研 究发现，在晶体籽晶下方的包裹芯区域两侧的透明晶片具有大量位错和畴结构分 布，对应的此区域的晶片具有明显的绿色倍频光输出；而在晶体透明部分的晶片 位错分布较为稀少，对应于此处的晶片没有绿色倍频光输出。 2+ + 2+ 通过固相合成法制备了 Sm 单掺和Li 、Sm 共掺 SBO 的粉末并研究样品 的发光性能。样品的XRD 结果表明，在固相合成粉末的过程中，适当延长反应 时间可以避免杂质相的引入；在 Sm2+ 的含量达到 6%时，反应产物都出现了 SmBO3 相，说明此时Sm2+ 的掺杂浓度已经过量。样品的激发光谱中可以观察到 2+ 6 5 1 由于Sm 的4f →4f 5d 跃迁引起的激发宽峰，发射光谱中在600-750nm 波段范 围内观察到由于 Sm2+ 的 4f→4f 跃迁引起的尖峰发射。样品的最强发射峰位于 2+ 5 7 2+ 688nm 处对应于Sm 的 D → F 能级跃迁。随着Sm 浓度的增加，样品的发射 0 0 峰强度先增加后下降。由于浓度淬灭效应导致样品发射峰强度的下降。Sm2+ 的最 + + 2+ 佳掺杂浓度为4% 。将Li 引入基质时，Li 的掺入能够增强Sm 的发光强度。 关键词：Li:SBO 晶体，随机准相位匹配，畴结构，激发光谱，发射光谱 I 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 第一章 绪论 1 1.1 非线性光学晶体概述 1 1.2 硼酸盐非线性光学晶体2 1.2.1 硼酸盐非线性光学晶体研究进展2 1.2.2 阴离子基团理论6 1.3 SBO 晶体研究进展6 1.4 本课题的主要研究内容和研究意义8 第二章 实验材料与测试方法 10 2.1 实验原料与设备 10 2.2 性能测试方法 10 2.2.1 热分析 10 2.2.2 X-射线衍射分析 11 2.2.3 透过光谱分析 11 2.2.4 荧光光谱 11 第三章 Li:SBO 晶体的生长研究 13 3.1 晶体生长方法与设备 13 3.2 合成实验原料 13 3.3 晶体生长研究 14 3.3.1 温场的调整 14 3.3.2 晶体生长温度的确定 14 3.3.3 下籽晶 15