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激光技术是二十世纪四大发明之一,极大促进了社会的进步。激光器的组成主要包括三个部分:激光增益介质、谐振腔和泵浦源。根据增益介质的类型,可以将激光器分为气体激光器、液体激光器和固体激光器。固体激光器结构紧凑、激活离子的浓度大,产生的能量大,其增益系数相对较大,得到了最为广泛的应用。固体增益介质常用的基质材料有激光晶体、陶瓷、玻璃等。由于激光玻璃制备相对简单,因此在大型激光惯性约束聚变装置发展和光通信领域受到广泛的关注,新型激光玻璃的研究也是目前研究热点方向之一。磷酸盐玻璃光谱性能优异、非线性系数小,是大型激光装置首选增益材料。本文概述了一种新型激光基质玻璃偏磷酸锌---Zn(PO3)2,从玻璃的制备工艺、稀土元素掺杂(Dy3+、Nd3+),以及掺杂后Zn(PO3)2玻璃的物理性能,如密度、折射率和离子掺杂浓度等进行阐述,对玻璃的热学性能和光学性能等进行了系统表征,评价了Zn(PO3)2玻璃的应用前景。综合考虑该玻璃的光谱性能和热学性能,优化选择稀土元素最佳掺杂浓度;并在Nd3+掺杂的Zn(PO3)2玻璃中实现了 1O56nm激光输出。结果表明Zn(PO3)2玻璃是一种优异的激光玻璃基质材料,其在黄光激光输出、白光LED固体照明以及近红外波段激光输出等领域有潜在的应用价值。采用传统的高温熔融法,通过合理设计配比,优化降温速率、温场环境、退火处理等制备工艺,制备出不同稀土元素不同离子掺杂浓度的偏磷酸锌透明玻璃。制备得到的玻璃密度在2.95-3.10g/cm3之间;折射率随着波长变化符合Sellmeier曲线规律,从紫外波段的1.57逐渐减小至近红外的1.54左右;玻璃热稳定性和耐水性较好;SEM图谱显示玻璃质地均匀,没有结晶颗粒,光学均匀性良好。对Dy3+掺杂Zn(PO3)2玻璃进行一系列表征,测量了玻璃的吸收光谱、发射光谱、拉曼光谱、J-O理论分析、McCumber理论计算发射截面等。其中玻璃的吸收光谱主要有11个吸收峰,对应的中心波长和匹配的基态能级跃迁至不同的激发态能级为4K15/2(321nm),6P7/2+4M15/2(348nm),4I11/2(362nm),4F7/2+4I13/2+4M19/2,21/2+4K17/2(385nm),4G11/2(423nm),4I15/2(451nm),6F1/2,3/2(746nm),6F5/2(797nm),6H5/2+6F7/2(895nm),6H7/2+6F9/2(1O84nm),6H9/2+6F11/2(1266nm)。利用J-O理论计算得到玻璃跃迁配位场调节参数;利用公式计算出Dy3+离子能级在Zn(PO3)2玻璃中的辐射跃迁几率、荧光分支比和荧光驰豫时间;与实验测量的结果进行对比,误差较小;利用F-L法计算得到的Dy3+掺杂Zn(P03)2玻璃的最大发射截面为2.9×10-20cm2。通过发射光谱和荧光寿命分析,Dy3+掺杂Zn(P03)2玻璃具有优异的光谱性能。表明Dy3+掺杂的玻璃在白光LED和黄光激光领域有潜在的应用价值。对Nd3+掺杂Zn(P03)2玻璃进行热学和光谱学的综合分析。玻璃的吸收光谱集中在紫外到可见光波段,在红外波段有较高的透过率。Nd3+掺杂的玻璃主要吸收峰位于581nm,744nm以及802nm,对应于Nd3+离子从基态4I9/2跃迁到不同的激发态;在802nm泵浦激发下,玻璃在近红外波段有三个发射峰,最强发射峰的中心波长为1053nm。制备了不同Nd3+掺杂浓度的Zn(P03)2玻璃,研究Nd3+掺杂浓度对玻璃的热学性能和光谱性能的影响。随着Nd3+掺杂浓度逐渐增加,玻璃的热导率逐渐降低,从0.05mol%掺杂的0.815W/m·K降低至2mol%掺杂的0.625W/m·K;而玻璃的光谱强度随着Nd3+掺杂浓度的增加呈现出先增强后减小的趋势;当Nd3+掺杂浓度从0.05mol%逐渐增加1mol%时,玻璃的发射光谱强度从最小达到最强。当掺杂浓度的继续增加,发射光谱强度开始降低。玻璃的荧光寿命随着Nd3+掺杂浓度的增加而逐渐减小,当掺杂浓度为0.25mol%,玻璃的荧光寿命为336.09μs。激光输出需要综合考虑热学和光谱性能,选取Zn(P03)2玻璃的最佳Nd3+离子掺杂浓度为0.25mol%进行了激光输出实验。在808nm泵浦下,实现了 1056.72nm波段的激光输出。激光输出最大能量为101.2mW,对应斜效率为7.9%,光光转化效率为5.3%。实验结果表明,Zn(P03)2玻璃是一种新型良好的激光基质材料。