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2.2 晶体的加工...14
2.2.1 晶体的切割..14
2.2.2 晶体的研磨..15
2.2.3 晶体抛光.16
2.3 晶体的测试...17
第三章 实验结果与讨论 14
3.1 Nd:LiYF4晶体生长19
3.1.1 生长气氛.19
3.1.2 晶体的分析..19
3.2 测试结果分析....21
3.2.1 透过光谱.21
3.2.2 吸收光谱.22
3.2.3 荧光光谱.22
参考文献... 25
致谢..27第一章 文献综述
卤化物是一类重要的功能材料，通常用于激光、闪烁、窗口等领域，比如 CaF2是主
要的窗口材料，主要用于光学镜头、半导体光刻、飞机光电雷达透镜等等；CsI晶体是极
其重要的闪烁材料，广泛应用于高能物理实验、射线探测、安全检查等领域；LiYF4晶体
是重要的激光器介质材料， 通过稀土掺杂可以产生不同波长的激光。 由于卤化物种类繁多，
性能各异，特别是多数卤化物都容易吸潮，给生长和使用带来不便，因此卤化物的生长是
一个挑战。本课题选择LiYF4晶体作为研究对象，研究坩埚下降法生长以及Nd 掺杂对晶
体生长的影响，探索该晶体的潜在应用。
从上世纪 70 年代开始，掺稀土元素的 LiYF4 晶体，尤其是掺 Nd3+的 LiYF4 晶体，
在激光领域得到了极大关注，从闪光灯泵浦到激光二极管 LD(laser diode，LD)泵浦，均已
得到了广泛的应用。近年来，掺 Yb3+，Ho3+，Er3+，Tm3+等稀土元素的 LiYF4 晶体，在人
眼安全激光器方面引起人们的重视，而 Ce3+:LiYF4 晶体，在紫外可调谐激光器方面的应
用，已成为研究热点之一[1]
。为了寻找新的基质材料，人们不断开拓研究范围，比如： 氟
铝钙锂石(colquiriite)结构晶体、LiYF4类型晶体等。
1.1 LiYF4晶体概述
1.1.1 晶体结构
LiYF4晶体是白钨矿型四方晶系结构的晶体，其空间群为 I41/a，晶格常数为 a= 0. 517
11 nm，c=1.074 85 nm[2]
，晶体结构如图 1.1 所示，每个 Li
+被空间等价的四个 F-
包围，构
成 LiF4四面体，每个 Y3+与相邻的八个 F-
形成对称性为 S4 的 YF8多面体，每个 Y3+周围
有四个距离相等的次近邻 Li
+，每个Li
+周围有四个距离相等的次近邻 Y3+，即由 Y3+和 Li
+
构成亚晶格为两个相互渗透的类金刚石网。LiYF4晶体的融点为 819℃。它比较适合用于
+3 价稀土离子替换 Y3+离子的掺杂，而没有电价不平衡的问题，Nd3+的半径为 0.112nm，
Y3+的半径为 0.1015nm，当 Nd3+代替Y3+时，会导致晶体的内应力增大，增加了晶体生长
的难度[1]
。1.1.2 晶体性能
作为一种激光介质材料，LiYF4晶体密度中等（3.99g/cm3
） ，熔点较低，只有819℃，
具有良好的化学稳定性，热导率比YAG小，还具有较低的声子能量（<650cm-1
） 。该晶体
吸收带宽，自发辐射荧光寿命长，是 LD 泵浦激光器的优良工作物质，此外还具有折射率
受温度影响小、高浓度掺杂依然透明等优点[7-8]
。因此，在光学领域中，氟化物激光材料
具有十分重要的研究与应用价值。表 1.1 给出了 YLF 与 YAG晶体的主要性能[5]
。1.1.3 晶体应用领域
(1) 激光领域：
在氟化物基质材料中掺杂稀土离子，在其激活离子的作用下， 使其实现从红外到紫外
波长范围内的激光振荡，激光基质材料对于激光输出以及最后的应用具有重要的作用。 通
常，激光晶体由于热导率低、荧光寿命长、硬度较大等优良的物理化学性质而成为全固体
激光器最基本的激光工作物质。LiYF4单晶体是一种优良的激光基质材料，它具有声子能
量低、光透过性高、色心形成量少、热透镜效应小、激光功率阀值低等优点，是当前热门
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