1 中国科学院上海硅酸盐研究所，上海 201899
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049
本文采用了激光加热基座(LHPG)法逆向生长技术，实现了多组分Er∶YAP晶体的快速制备。利用LHPG法开展了Er∶YAP单晶光纤的生长研究，通过解决单晶光纤生长过程中存在的色心、开裂、直径起伏等关键问题，制备出直径0.8 mm、长度65 mm的高品质Er∶YAP单晶光纤。对不同掺杂浓度Er∶YAP晶体的光谱性能进行表征分析，结果表明掺杂浓度5%(原子数分数)时，Er3+间存在较强的能量传递过程，有利于实现高效率中红外激光输出。
中红外激光 Er∶YAP晶体 激光加热基座法 单晶光纤 能量传递 mid-infrared laser Er∶YAP crystal laser-heated pedestal growth method single crystal fiber energy transfer
1 中国科学院上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室, 上海 201899
2 中国科学院大学材料科学与光电工程中心, 北京 100049
3 上海应用技术大学材料科学与工程学院, 上海 201418
正交钙钛矿结构RFeO3系列稀土正铁氧体材料是一类在近红外波段透明的铁磁材料, 关于RFeO3的超快自旋重取向及其相干控制的研究近年来成为相关领域的研究热点。由于固态材料的磁化振子和电子自旋共振能谱等基本性质的 “元激发” 能量均在太赫兹能量范围内, 得益于太赫兹技术的发展, 近年来利用太赫兹超快光学调控RFeO3晶体中不同离子间的交换相互作用、磁各向异性自旋-声子耦合等也取得了一系列突破, 对磁学的基础研究具有重要意义。结合笔者近几年的研究进展, 总结了国内外RFeO3晶体太赫兹光学调控研究情况, 并对该类晶体的超快光磁研究进行了展望。
激光物理 太赫兹 光学调控 稀土正铁氧体 laser physics terahertz optical modulation rare-earth ferrite
1 1.中国科学技术大学 稀土学院, 合肥 230026
2 2.中国科学院 赣江创新研究院, 赣州 341119
3 3.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 201899
4 4.上海理工大学 材料科学与工程学院, 上海 200093
5 5.中国电子科技集团公司 第九研究所, 绵阳 621000
随着高功率激光和光通信技术的迅速发展, 如何消除光学系统内部产生的反射噪声是一个至关重要的问题。磁光隔离器是依据法拉第效应设计而成的磁有源器件, 能够有效隔离大部分反射光以保证光学系统稳定工作, 而法拉第磁光材料作为磁光隔离器的核心部件, 其研究和应用推动了磁光隔离器的更新与发展。CeF3晶体具有高透过率、宽透过区间和高Verdet常数等优点, 近年来获得了广泛关注, 但是其传统生长方法存在成本高、周期长等缺点。本研究通过坩埚下降生长技术, 优化温场结构和生长工艺, 采用多孔坩埚成功获得多根CeF3晶体。与商用TGG(Tb3Ga5O12)晶体相比, CeF3晶体的透过率得到明显提高, 最高达到92%, 并且在近红外波段两者的Verdet常数相当。CeF3晶体的比热较高, 表明晶体拥有较强的抗热冲击能力和较高的抗激光损伤能力。本研究使用多孔坩埚技术生长CeF3晶体, 实现了规模化和低成本生产; 生长的CeF3晶体物理性能优良, 具有应用于近红外波段磁光隔离器的巨大潜力。
CeF3 磁光晶体 晶体生长 多孔坩埚技术 CeF3 magneto-optical crystal crystal growth porous crucible technology
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 透明光功能无机材料重点实验室, 上海 201899
2 2.中国科学院大学 材料科学与光电工程中心, 北京 100049
随着CeF3晶体在激光和磁光领域应用的持续发展, 大尺寸、高光学质量的CeF3单晶的需求日益急迫, 而CeF3熔体的高黏度和低热导率的特性给晶体生长工艺带来了较大挑战。为研究CeF3熔体低导热性引发的生长问题, 探究其生长过程中炉体结构和工艺参数对温度分布和结晶界面的影响机制, 本工作对热交换坩埚下降法(Heat Exchanger-Bridgman method, HEB)生长大尺寸(ϕ80 mm)CeF3晶体中炉体结构与晶体/熔体温度分布关系、不同生长阶段界面的变化规律以及热场结构对生长界面的作用机制开展了数值模拟研究。研究结果表明：当发热体长度与坩埚长度相适应时，更有利于构建合理的温度梯度场, 而放肩和等径生长阶段的凹界面问题则可以通过改变隔板形状和加反射屏调节坩埚壁温度分布得到有效解决。本研究成果不仅可以加深对CeF3晶体结晶习性的理解, 炉体结构和生长界面的优化思路对坩埚下降法制备其他晶体同样有实际指导意义。
CeF3晶体 热交换坩埚下降法 数值模拟 固液界面 热场优化 CeF3 crystal heat exchanger-Bridgman method numerical simulation solid-liquid interface thermal field optimization
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 中国科学院透明光功能无机材料重点实验室, 上海 201899
2 2.中国电子科技集团公司 第二十六研究所, 重庆 400060
单晶光纤即具有光纤形态的单晶材料, 是功能晶体材料一维化发展的重要体现。单晶光纤兼具单晶材料优异的光学性能和激光光纤散热效率高、光束质量高等特点, 有望解决传统玻璃材质激光光纤非线性效应强、热导率低等瓶颈问题, 实现激光峰值功率、脉冲能量等性能的突破。本工作采用自主研制的激光加热基座(Laser-heated Pedestal Growth, LHPG)单晶光纤炉制备了两组Ф0.2 mm×710 mm的Yb3+掺杂Y3Al5O12(Yb:YAG)单晶光纤, 并对其进行了表征。制备的单晶光纤长径比大于3500, 直径波动小于5%, 且表现出一定的柔韧性; X射线摇摆曲线测试结果显示Yb:YAG单晶光纤的结晶质量与所用源棒相比有所提升; EDS线扫描结果证明单晶光纤中的Yb3+沿轴向呈现均匀分布。实验结果表明: 准一维化的单晶光纤具有良好的结晶质量与光学均匀性, 有望成为一种性能优异的高功率激光增益材料。
1 中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 201899
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
3 中国电子科技集团公司第二十六研究所, 重庆 400060
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 (μ-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 μm, 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。
光纤光学 单晶光纤 激光加热基座法 光纤质量 fiber optics single crystal fiber laser heated pedestal growth fiber quality
1 中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 201899
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
3 中国科学院超强激光科学卓越创新中心, 上海 201800
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。
晶体生长 单晶光纤 激光晶体 固态激光器 crystal growth single-crystal fiber laser crystal solid-state lasers
1 上海应用技术大学材料科学与工程学院, 上海 201418
2 中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海 201899
3 山东大学,晶体材料国家重点实验室, 济南 250100
稀土正铁氧体RFeO3晶体是一类重要的多功能磁性材料, 稳定的正交结构RFeO3晶体具有丰富的磁性, 优异的磁光和光磁特性, 在磁光和光磁调控方面取得一系列重要研究进展。另外, 正交相DyFeO3和GdFeO3等晶体由于R3+与Fe3+交换收缩作用, 在极低温度下表现出磁电耦合特性。相比较而言, 近年来涌现出的六方相RFeO3晶体被报道具有室温磁电耦合特性, 受到国内外广泛关注。由于六方相RFeO3晶体属于亚稳态, 晶体生长有一定的难度。本文主要综述了正交相RFeO3晶体和六方相RFeO3晶体的生长、磁光、光磁和磁电耦合特性, 为该体系晶体的结构设计、材料制备和性能研究提供参考。
钙钛矿 正交相RFeO3晶体 六方相RFeO3晶体 磁性材料 perovskite orthorhombic RFeO3 crystal hexagonal RFeO3 crystal magnetic material
近年来，惯性约束聚变点火工程将Ca4YO(BO3)3（简称YCOB）晶体视作快点火核聚变装置中频率转换器件中非线性材料的重要候选，大尺寸YCOB晶体的生长成为其获得重大应用的关键。结合最近几年的研究工作以及国内外YCOB晶体的生长情况，介绍了YCOB晶体的生长情况特别是大尺寸晶体生长的研究进展，并对将来的生长研究的前景进行了展望。
材料 非线性光学晶体 激光点火 晶体生长 光学学报
2012, 32(s1): s116003
