HPVB法Fe%5E%282%2B%29：ZnSe激光晶体生长及激光输出特性.pdf

第 卷 第 期 激 光 与 红 外 ，年 月 ，文章编号：（）激光器技术 法 ：激光晶体生长及激光输出特性夏士兴，谢文强，付秋月，魏磊，丁宇，张丰发，（黑龙江工程学院，黑龙江 哈尔滨 ；黑龙江省光电子及激光技术重点实验室，黑龙江 哈尔滨 ；固体激光技术重点实验室，北京 ；光电信息控制和安全技术重点实验室，天津 ）摘要：本文采用纯度为 的颗粒状 为基质材料，纯度为 的 粉末为掺杂物，通过 法生长了 ：晶体，晶体尺寸达 。采用电感耦合等离子发射光谱仪测试了 ：晶体样品中铁离子掺杂浓度为 。采用粉末 衍射仪测试了 ：晶体样品的 射线衍射谱，其衍射谱与基质 样品衍射谱匹配度达 。采用 分光光度计和傅里叶红外光谱仪测试了 ：晶体样品的透过谱图，透过谱在波长 处出现了明显的 离子吸收峰。采用 ：激光器为泵浦源抽运尺寸为 的 ：晶体样品，重复频率为 时，激光能量输出达 ，输出波长调谐范围 。关键词：法；：晶体；离子掺杂浓度；中波红外；激光输出中图分类号：；文献标识码：基金项目：固体激光技术重点实验室开放基金项目（）；光电信息控制和安全技术重点实验室开放基金项目（）资助。作者简介：夏士兴（），男，博士，教授，主要从事激光晶体研制与性能研究。：收稿日期：，（，；，；，；，）：，：（）：，：，：，：，：；：；引言掺铁硒化锌（：）晶体是一种可通过直接激射产生 激光输出的激光晶体材料 。其具有荧光寿命长、激光损伤阈值高、泵浦源选择宽和理化性能稳定等优点 ，且在低温与室温下均可实现大能量和高功率中红外激光输出 。在光电对抗、大气遥感、红外光谱、红外医疗、痕量气体检测和环境监测等领域具有重要应用价值 。：晶体通常可采用热压陶瓷法、热扩散掺 杂 法 和 垂 直 布 里 奇 曼（）法 等 方 法 制得 。本文采用高压垂直布里奇曼（）法生长了 ：晶体，该方法制备的 ：晶体离子掺杂浓度均一性较高，晶体光学质量好。采用粉末 衍射仪测试了 ：晶体 射线衍射谱，测试分析了 ：晶体中铁离子掺杂浓度以及 ：晶体的透过光谱，采用波长 的 ：激光器测试了 ：晶体的激光输出性能。实验本文中以颗粒状纯度为 的硒化锌（）为基质材料，纯度为 的硒化亚铁（）粉末为掺杂物，按摩尔比 进行配比，通过 法生长了 ：晶体。图是 ：晶体生长装置示意图。图 是 法生长的 ：晶体照片。由图 可以看出，生长的 ：晶体呈深褐色，色泽均匀，晶体尺寸 。图 ：晶体生长实验装置示意图 ：实验将按一定化学计量比配比好的硒化锌（）颗粒和硒化亚铁（）粉末混合均匀后，装入图 中石墨坩埚内，然后将装有物料的石墨坩埚放入晶体炉内石墨坩埚托上。通过驱动电机和减速机调整石墨支撑杆高度，进而将装有物料的石墨坩埚调整到石墨加热器对应物料熔点 （熔点）温度相应位置。将晶体炉抽真空排气（真空度达 以下），向晶体炉内通入氩气（，纯度 ），然后再将晶体炉抽真空排气，排气后真空度达 以下，再向晶体炉内通入氩气，反复 次，直至排净晶体炉内的空气，且使晶体炉处于高纯氩气的保护下。根据硒化锌（）的 （安托万）饱和蒸气压与温度之间的计算公式：（）（）（）（）确定了不同温度下硒化锌（）饱和蒸气压与温度之间的对应关系。进而在 ：晶体生长过程中通过控制炉膛内高纯氩气的压力，确保坩埚内熔体或蒸汽不会溢出。：晶体生长的温度梯度 控制在 范围内，结晶速率为 ，升降温速率 。图 ：晶体照片 ：采用电感耦合等离子发射光谱仪（）测试了 ：晶体样品中铁离子掺杂浓度。采用 型号 的粉末 衍射仪测试了 ：晶体 射线衍射谱。采用 型号 的 和 型号 的红外光谱仪测试了 ：晶体的红外透过光谱。采用 ：激光器为泵浦源抽运 ：晶体，测试了 ：晶体的激光输出性能。结果与讨论表 为 ：晶体样品中铁离子浓度对照表。激 光 与 红 外 第 卷表 ：晶体样品中铁离子浓度对照表 ：样品编号 含量 含量 含量 总量 其中 样品为生长的 ：晶体靠近晶体下部取样，样品为生长的 ：晶体靠近晶体上部取样，样品为 晶体取样。由表 可以看出，生长的 ：晶体样品中铁离子浓度达到了 的数量级。图 为 ：晶体样品和 晶体样品的 射线衍射谱。由图 可以看出，生长的 ：晶体样品 射线衍射峰尖锐，且与基质 样品的 射线衍射谱匹配度一致性较好，匹配度接近 。分析是掺杂的 进入了基质 晶体空间结构部分格点 位置或是间隙位置，造成了 晶体空间结构发生了微扰。图 ：和 晶体粉末 谱图 ：图 为尺寸为 的 ：晶体红外透过率谱图。可以看出，生长的 ：晶体样品在波长 范围内出现了较宽的吸收峰，吸收峰 附近出现了明显的 离子特征吸收峰。切取尺寸为 的 ：晶体元件样品。经精细抛光后，在晶体样品两侧镀中红外增透膜，其中增透膜 膜反射率 ，增透膜 膜反射率 。采用波长 的 ：激光器为泵浦源抽运 ：晶体，当重复频率为 时，激光能量输出达 ，输出波长范围 。图 ：晶体的透过谱 ：结论通过 法晶体生长技术获得了光学质量较好的 ：晶体，晶体尺寸达 ，晶体中铁离子掺杂浓度达 。：晶体的 射线衍射谱与基质 样品衍射谱匹配度达，说明 的掺杂造成了 晶体空间结构发生了微扰。：晶体样品透过光谱在波长 处出现了明显的 离子吸收峰。生长的 ：晶体实现了调谐波长 ，能量达 的激光输出。参考文献：，：，（）：，（）：，（）：激 光 与 红 外 夏士兴等 法 ：激光晶体生长及激光输出特性 ，：，：，：，（）：，：，（）：，：，（）：，：，（）：，?，?，（）：，（）：，（）：（）张利明，周寿桓，赵鸿，等 掺杂中红外固体激光器技术综述 激光与红外，（）：，（）：，（）：，：，（）：（）夏士兴，张月娟，李兴旺，等 ：激光晶体光学吸收及激光输出性能 激光与红外，（）：，：，：，（）：，：激 光 与 红 外 第 卷