一、基质材料
激光工作物质中的基体材料为***离子提供了外场，使***离子产生合适的激光发射，并影响发射峰位置和发射线宽。由相同活化离子的不同基质组成的工作物质可以具有不同的发射波长范围、激光阈值和激光倾斜效率。一般来说，作为激光工作物质的基体材料应具有以下特征：
(1)良好的光学性能。基体材料应具有宽的传输线和高的透光率，以满足激光输出的需要。
(2) 良好的力学和热力学性能。基体应具有高的机械强度和导热性，小的热膨胀系数和稳定的热光性能。由于激光会产生大量的热能和一系列的热效应，从而影响激光的振荡阈值，甚至损害工作物质的质量，所以热力学性能对于激光工作物质来说非常重要。
(3)可以为活性离子提供合适的掺杂位置。为了获得不同功率的不同种类的激光输出，需要一定浓度的活化离子，因此基体材料应该具有与活化离子半径相近的元素，以保证活化离子能够顺利进入晶格。
(4)易于准备。可以在保证光学质量的前提下制备掺杂材料。 生长Tm:YAP晶体的公司有哪些？山东TmYAP方法
三价稀土金属离子有未填充的4f轨道，5s5p轨道处于满态。由于外电子的屏蔽作用，4f层电子受外界电磁场的影响较小，因此这些离子在不同的矩阵中具有类似自由电子的相对稳定的能级结构。迭克集团给出了60年代晶体中主要三价稀土离子的能级图[8]，如图11所示。外电子的屏蔽作用也使得三价稀土离子的4f4f跃迁谱线锐利，吸收带强，受基体影响较小，成为激光材料发展的优先。二价的稀土离子主要包括Sm2、Dy2和Er2。二价稀土离子的4f壳层比三价离子多一个电子，降低了5d态的能量。因此，4f5d跃迁的吸收带在可见光区，振子强度远大于4f4f跃迁吸收的振子强度，有利于离子吸收光泵能量。然而，二价稀土离子的激光辐射跃迁一般是4f4f跃迁，因此保持了三价离子的锐线光谱特性。但是，二价的稀土离子不稳定，暴露在高能辐射下容易失去4f壳层中的一个电子，变价，导致色心和激光性能差。湖南专业加工TmYAPTm:YAP晶体的激光性能多少？
为了更好了解Tm3+在Tm:YAP晶体中吸收跃迁特性以及其温度依赖特性，我们测试了4at%Tm:YAP晶体b向样品的变温吸收谱。图4-7为3H6→3H4跃迁对应的变温吸收谱。低温下Tm3+吸收为尖锐谱线，随温度升高，吸收峰变宽，吸收强度减弱，这是由于温度升高，晶格热振动增强，吸收过程将伴随更多的声子发射，使跃迁几率减小，强度减弱，谱峰变宽。红外侧805nm之后存在两个较弱的吸收峰，随温度升**度增强，我们认为这两个小峰对应基态中较高的Stark能级吸收跃迁。随温度升高，基态中较高的Stark能级热布局增大，因而跃迁强度增大。整个吸收光谱随温度升高重心红移。
Tm:YAP激光晶体
YAP晶体属于正交畸变钙钛矿结构，是负双轴晶体。其结构参数和基本理化性质见表11。
Tm:YAP具有与纯YAP晶体相似的结构。与Tm:YAP相比，Tm:YAP具有类似于Tm:YAP的优异热力学性能，并且由于其双光轴，可以***Tm:YAP激光器工作过程中产生的热双折射效应，提高激光输出效率。另外，Tm:YAP的结构各向异性使得其发射截面各向异性，不同取向的Tm:YAP晶体具有不同的激光功能、输出波长和工作形式。在光谱性质上，对应于3H63H4的Tm:YAP的吸收峰约为795nm，报道的吸收截面为6.7 10-21 cm2(797nm，与非偏振的比值为3%)[28]，这更有利于用商用二极管GaAs/铝镓砷泵浦。其荧光范围覆盖1.6~2.1m，在1.936m处的发射截面达到5 和10-21 cm2(方向未知)，约为Tm:YAG的两倍，激光器的上能级寿命约为5ms[25]。Tm:YAP可输出1.94m连续和1.965~2.020m连续调谐激光输出，特别指出1.94m激光与2.5m Cr:ZnSe吸收匹配良好。 低温下Tm:YAP*有少量尖锐发射峰，随温度升高，谱线逐渐展宽，在左侧出现新的荧光峰。
1985年，Antipenko B M等提出了Cr，Tm，Ho三重掺杂YAG晶体[14]。利用氙灯泵浦，***在室温下实现了低阈值2.12米激光工作。如图13所示，氙灯的可见光部分被Cr3的宽带吸收，使其从基态4a 2跃迁到4T1和4T2能态，然后通过非辐射跃迁弛豫到2E和4T2能态。由于2E能态被禁止基态跃迁，2E能态类似于Tm3 3F3能态，它们之间容易发生共振转移。基态中的Tm3跃迁到3F3能态，3F3能态的Tm3通过无辐射跃迁弛豫到3H4能态。一个处于3H4能态的Tm3很容易与基态的Tm3交叉弛豫，产生两个处于3F4能态的Tm3。而3F4能级的Tm3通过共振转移将能量转移到Ho3，使基态5i 8的Ho3跃迁到5I7能级，然后激发5I7能级的Ho3跃迁到基态产生2.1m激光。这种由两种离子组成的敏化HO3**提高了Er3或Cr3直接生成敏化HO3的效率，因此引起了***的研究。通过优化浓度和不断改造激光器，灯泵浦的铬、铥、钬激光已于20世纪90年代实现商业化，并已在中多个医学学科中得到临床应用由于闪光灯泵浦源的限制以及Tm3和Ho3在可见光波段的吸收峰尖锐，早期2m激光器需要敏化离子来增强吸收。Tm:YAP晶体能级结构图有吗？湖南专业加工TmYAP
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4.5Tm:YAP晶体激光实验研究
在哈尔滨工业大学可调谐激光实验室测试了浓度分别为3at%、4at%和5at%的Tm:YAP晶体的激光性能。相干场匹配功率计用于测量激光功率，探头为PM-30。激光波长由波长为30cm、光栅常数为300巴/毫米、闪耀波长为2m的WDG30光栅单色仪测量。
3at%Tm:YAP激光实验在18水冷温度下进行，样品沿b方向垂直切割，尺寸为448mm3。当注入功率为22W时，获得波长为1.94m的5W激光输出，光-光转换效率为23%。当输出镜的传输耦合比为5%且8mm长晶体一起使用时，谐振器的传输损耗降低，输出增益较低的1.98~1.99m波长振荡。比较了3at%Tm:YAP晶体在H2退火前后的激光性能。H2退火后3at% tm3360yap晶体的斜率效率比未退火时高40%。如图4-23所示，可以看出H2退火减少了杂质离子(Fe3等。)和晶体中的缺陷，提高晶体的激光性能。具体原因需要进一步分析。
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