鎢酸鍶及其稀土激活離子摻雜的新型拉曼與自拉曼激光晶體

涂朝陽，朱昭捷，李堅富，王 燕，游振宇

(中國科學院福建物質結構研究所，中國科學院光電材料化學與物理重點實驗室，福州 350002)

1 引 言

1962年美國科學家E.G.Woodbury和W.K.Ng用硝基苯做紅寶石激光器的Q開關時，發現了受激拉曼散射效應(SRS)[1]。拉曼散射是一種三階非線性光學過程，可在多種類型的氣體、液體和固體介質中觀察到這種散射現象。由于受激拉曼散射是一種類激光相干光源，具有高的能量轉換效率，因而SRS成為人們填補和拓展現有激光波段的一種有效手段。

晶體中的非線性光學效應廣泛用于擴大商用激光的應用波段范圍，Nd∶YAG就是一個很好的例子[2]。在這種前提下，受激拉曼散射(SRS)擁有固態激光技術具有的諸如結構緊湊、低的維護費用等優點，是一種非常有前途的激光技術。拉曼激光晶體中分子或原子團的對稱振動可以產生很強的拉曼散射線，因此硝酸鹽、鎢酸鹽、鉬酸鹽、碳酸鹽和釩酸鹽都是非常有前景的SRS晶體。

在無泵浦消耗的恒穩態下，一階斯托克(Stokes)的強度Is可以表示為[3]

Is(l)=Is(0)exp(GssIPl)

(1)

其中Is(0)和Is(l)分別是拉曼介質輸入和輸出斯托克強度。l是非線性晶體的長度，Ip是泵浦的強度，Gss是拉曼增益系數。不同的晶體具有不同的拉曼增益系數。例如Ba(NO3)2晶體、KGd(WO4)2晶體、BaWO4晶體和SrWO4晶體的拉曼增益系數G分別為11 cm/GW，4.1 cm/GW，8.5 cm/GW，5.0 cm/GW[4-5]，它由非線性介質的拉曼特性決定的。

(2)

其中N是散射中心的數目，λp，λs分別是泵浦波長和斯托克波長，ns是對應于λs波長下的介質折射率，dσ/dΩ是拉曼散射截面。

一些稀土離子摻雜(如摻Nd3+離子)的拉曼光學晶體(例如KGd(WO4)2和SrWO4晶體)可以同時產生受激發射和頻率轉換效應，集拉曼光學晶體和基頻激光晶體于一體，在一塊晶體上實現自受激拉曼頻率轉換效應，可以大大簡化激光器件，提高器件的穩定性和激光頻率轉換效率。

本文研究了SrWO4及其Nd摻雜晶體的提拉法生長、熱特性、折射率及光譜特性，并進行了拉曼與自拉曼的激光實驗研究。

2 晶體生長

SrWO4晶體是同成分熔化，熔點1535 ℃, 因此可以采用提拉法(Czochralski)生長此晶體。生長所用的儀器是DJL-400的中頻提拉爐，中頻電源型號為KGPF25-0.3-2.5。采用Pt/Pt-Rh的熱電偶和型號為815EPC的歐路表控溫。所采用的坩堝是φ55 mm×30 mm的銥坩堝。晶體生長所用原料為分析純的SrCO3、WO3和光譜純的稀土氧化物，例如氧化釹。原料在瑪瑙研缽內研磨混和均勻壓成片狀，然后轉移到鉑坩堝中，為了避免由于H3BO3的快速分解帶走B2O3成分而使組分偏離，燒結開始以80 ℃/h緩慢升溫到500 ℃， 然后再以200 ℃/h緩慢升溫到燒結的預定溫度，在1100 ℃燒結一周左右。

把原料轉移到φ55 mm×30 mm的銥坩堝內, 為了避免銥坩堝的氧化，首先把爐子內的氣體抽出，使氣壓達到10-3Pa，把0.04 MPa的氮氣充入,升溫到比熔點高50 ℃的溫度，恒溫2 h，使得原料熔化完全。然后在鉑-銥絲上自然成核結晶，并開始生長。籽晶桿的提拉速率為1.2～1.5 mm/h,降溫速率為2～5 ℃/h，籽晶桿的轉動速率為12～20 r/min, 生長結束后將晶體提離液面，然后以10～30 ℃/h的速率降至室溫，得到的透明晶體及加工后的晶體器件如圖1所示。

圖1 生長的SrWO4 毛坯晶體及加工后的晶體器件照片Fig.1 Photograph of grown SrWO4 crystals and processed crystals

3 結果與討論

3.1 SrWO4晶體的熱特性

采用Netzsch公司生產的STA449C對晶體進行差熱和熱重分析。如圖2所示，晶體在氮氣保護下在30～1300 ℃范圍內以10 ℃/min加熱。從熱分析曲線上可以看出，差熱曲線(DTA)只有在1300 ℃時有一個吸熱峰，此吸熱峰對應于熱重曲線(DSC)上晶體的失重。這可能是由于樣品中過量的WO3揮發引起的。類似的現象也出現在La2(WO4)3和Sm2(WO4)3晶體中[6]。

采用Diatometer 402 PC熱綜合分析儀在300～800 ℃范圍內測定了SrWO4晶體c向和a向的熱膨脹系數，樣品的c向和a向長度分別是4.82 mm，5.50 mm和3.68 mm。樣品放在氧化鋁固定器中，在空氣氣氛中300～1300 ℃范圍內以10 ℃/min速率加熱。從SrWO4晶體的熱膨脹曲線上可以看出(見圖3)，晶體在c，a和b三個軸向上都是線性的正膨脹。對三條曲線進行線性擬合得到晶體沿c，a和b三個軸向的膨脹系數分別為：2.73×10-5℃-1, 1.00×10-5℃-1, 1.05×10-5℃-1。此結果跟文獻報道的BaWO4晶體的各個軸向的膨脹系數很相近[7]。

圖2 SrWO4晶體的DTA和DSC 分析曲線Fig.2 DTA and DSC analysis curves of SrWO4 crystal

圖3 SrWO4晶體沿著結晶學軸(001), (100), (010)方向的線性熱膨脹曲線Fig.3 Linear thermal expansion curves of SrWO4 crystal along the crystallographic axis (001), (100), (010) directions

3.2 晶體折射率的測量

生長出c向的SrWO4晶體沿c軸向呈四方結構(見圖4(a))，四條棱非常明顯。根據對晶體做XRD后指標化的數據，采用丹東衍射儀器集團有限公司生產的-2型X射線衍射晶體定向儀對晶體進行定向。先將晶體進行定軸，然后在垂直于c軸面上切割加工成頂角45°，兩側面邊長為10 mm左右，底邊為7 mm，厚約5 mm的等腰三角棱鏡，圖4(b) 是加工SrWO4晶體棱鏡軸向示意圖。采用最小偏向角方法測定了SrWO4晶體在可見光和紅外波段的折射率，根據實驗值所求得的no和ne數值，用最小二乘法擬合，可得出色散公式中待定系數A，B，C和D的數值，從而可以獲得SrWO4晶體折射率擬合曲線(如圖5所示)。同樣可以得到SrWO4晶體折射率的色散方程式：

圖4 (a)生長的具有自然面的SrWO4晶體; (b)SrWO4晶體結晶學軸(a, b和c)的方向Fig.4 (a)Growing natural surface SrWO4 crystal; (b)directions of crystallographic axes(a, b and c) of SrWO4 crystal

(3)

(4)

圖5 SrWO4晶體折射率的擬合曲線Fig.5 Fitting curves of refractive index of SrWO4 crystal

圖6 Nd3+∶SrWO4晶體的室溫偏振吸收光譜Fig.6 Room temperature polarization absorption spectra of Nd3+∶SrWO4 crystal

3.3 Nd3+∶SrWO4晶體的光譜性能

SrWO4晶體屬四方單軸晶系，因此平行于光軸(π譜)和垂直于光軸(σ譜)兩個方向上的光譜性質是不同的。為了在一塊晶體上實現自受激拉曼頻率轉換效應，實驗生長了稀土離子摻雜的Nd3+∶SrWO4晶體。圖6是Nd3+∶SrWO4晶體的室溫偏振吸收光譜，圖中有8個吸收譜帶，在585 nm, 752 nm和805 nm左右有很強的吸收峰，其中，805 nm附近π譜σ譜的吸收峰半峰寬(FMHW)為8 nm,這樣寬的吸收帶有利于激光晶體對GaAlAs半導體泵浦光的吸收，而且放松了對泵浦激光二極管溫度控制的要求。

圖7是Nd3+∶SrWO4晶體的室溫偏振發射光譜，有三個主要發射峰，峰值位置分別位于890 nm、1060 nm和1344 nm，分別對應于4F3/2→4I9/2,4F3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2能級躍遷。圖8是Nd3+∶SrWO4晶體4F3/2→4I11/2能級躍遷在1059 nm處的熒光衰減曲線，對熒光衰減曲線進行非線性擬合，計算得到了室溫熒光壽命τf為 188.80 μs，熒光量子效率η=τf/τr=188.80/198.26=95.23%。

圖7 Nd3+∶SrWO4晶體的室溫偏振發射光譜Fig.7 Room temperature polarized emission spectra of Nd3+∶SrWO4 crystal

圖8 Nd3+∶SrWO4晶體的室溫熒光發射衰減曲線Fig.8 Room temperature fluorescence emission decay curve of Nd3+∶SrWO4 crystal

表1列出一些晶體的光譜參數，與其它Nd3+摻雜的晶體相比，Nd3+∶SrWO4晶體具有較大的熒光量子效率和較長的熒光壽命。

3.4 純SrWO4晶體的受激拉曼激光性能

3.4.1 1180 nm波段高效調Q拉曼激光實驗[8]

實驗采用二極管激光泵浦Nd∶YAG激光晶體材料，并采用聲光開關進行調Q，然后采用SrWO4晶體在激光諧振腔內進行拉曼激光轉換，激光實驗裝置如圖9所示。

圖9 激光實驗裝置Fig.9 Laser experimental device

所采用的泵浦源為光纖耦合的激光二極管，波長為808 nm，光束直徑 400 μm，最大輸出功率 30 W， 數值孔徑為0.22 μm。聚焦鏡系統的聚焦長度為50 mm，耦合效率為95%。凹面輸入鏡M1的曲率半徑為1000 mm，在1064 nm和1180 nm處高反，在808 nm處高透(T>95%)；平面輸出鏡M2在1064 nm處高反(R=99.8%)，在1180 nm處反射率為R=75%，在808 nm處高透(R<0.2%)。激光介質Nd∶YAG摻Nd濃度為1at%，長度為5 mm，拉曼介質是a向切割的SrWO4晶體，長度為35 mm。Nd∶YAG和SrWO4晶體的兩個端面在1064 nm和1180 nm處高透(R<0.2%)，Nd∶YAG晶體的入射面在808 nm高透。兩種晶體都采用銥箔包裹并置放于水冷的銅模塊中，冷卻水的溫度是20 ℃。所采用的聲光開關調Q器件長度為35 mm, 其中心頻率為41 Hz，其兩個端面在1064 nm處高透(R<0.2%)。激光諧振腔的總長為12.5 cm。

圖10(a)是1179.6 nm激光平均輸出功率與808 nm激光輸入功率的關系曲線。當激光重復頻率為10 kHz，15 kHz和20 kHz時，激光閾值分別為2.35 W，3.09 W和3.47 W。當激光重復頻率為15 kHz和LD泵浦功率為7.17 W時，得到了最高平均輸出功率為1.71 W，其轉換效率達到23.8%，是目前國際上已報道的同類拉曼激光輸出的最高轉換效率。當激光重復頻率為10 kHz、15 kHz和20 kHz時的斜率效率分別為34.8%、41%和38.8%。根據拉曼激光的平均輸出功率，可以計算出拉曼激光單脈沖的能量曲線如圖10(b)所示，當激光重復頻率為10 kHz時，最大激光脈沖能量為138 μJ。圖10(c)是當激光重復頻率為10 kHz、15 kHz和20 kHz時，其拉曼激光脈沖寬度與泵浦光輸入功率的關系曲線。

采用配備有快速p-i-n光二極管的Tektronix 數字示波器(TDS3052B,500 MHz)記錄了不同重復頻率下基頻光和拉曼激光的脈沖時間特性，結果如圖10(d), 10(e)所示，可以看到：在相同泵浦功率下，隨著重復頻率的增加，激光脈寬也增加；相反地，在相同重復頻率下，隨著泵浦功率的增加，激光脈寬減??；當激光重復頻率為15 KHz和LD泵浦功率為5.93 W時，基頻光和拉曼激光的脈寬分別為20.9 ns和9.2 ns。

圖10 (a)1179.6 nm激光平均輸出功率與808 nm激光輸入功率的關系；(b)拉曼激光單脈沖能量 與LD泵浦光輸入功率的關系曲線；(c)基頻光與拉曼激光的波長；(d)拉曼激光脈沖寬度與泵浦光 輸入功率的關系曲線；(e)基頻光和拉曼激光的脈寬Fig.10 (a) The relationship between the average output power of the 1179.6 nm laser and the input power of the 808 nm laser; (b) the relationship between the single pulse energy of the Raman laser and the input power of the LD pump light; (c) the wavelength of the fundamental light and the Raman laser; (d) Raman laser pulse width versus pump light input power; (e) fundamental frequency and Raman laser pulse width

3.4.2 1531 nm人眼安全波段高效拉曼激光實驗[9]

實驗采用二極管激光泵浦Nd∶YVO4激光晶體材料，并采用聲光開關進行調Q，然后采用SrWO4晶體在激光諧振腔內進行拉曼激光轉換，整個激光實驗裝置如圖11所示。

圖11 激光實驗裝置Fig.11 Laser experimental device

所采用的泵浦源為光纖耦合的激光二極管，波長為808 nm，光束直徑0.8 mm,數值孔徑為0.2 μm。聚焦鏡系統聚焦到晶體上光斑的直徑為0.64 mm。凹面輸入鏡M1的曲率半徑為500 mm，在1342 nm和1531 nm處高反(R>99.8%)，在808 nm處高透(R<0.2%)；平面輸出鏡M2在1342 nm處高反(R=99.8%),在1531 nm處反射率為R=3%, 10%, 30%和50%，在808 nm處高透(R<0.2%)。激光介質Nd∶YVO4摻Nd濃度為0.5at%,尺寸為3 mm×3 mm×4 mm, 拉曼介質是c向切割的SrWO4晶體，長度為30 mm。Nd∶YAG和SrWO4晶體的兩個端面在1342 nm和1531 nm處高透(R<0.2%)，Nd∶YVO4晶體的入射面在808 nm高透。兩種晶體都采用銥箔包裹并置放于水冷的銅模塊中，冷卻水的溫度是25 ℃。采用適合于1342 nm波段運行的聲光開關調Q器件(AQ-6315A)，其兩個端面在1342 nm處高透(R<0.2%)，入射面在808 nm高透。激光諧振腔的總長為88 mm。

采用拉曼光譜分析儀器(Jobin-Yvon, JY-T64000) 測試了SrWO4晶體拉曼光譜特性，其自激拉曼光譜如圖12(a)所示，可以看到有三個強峰，其波長分別為337 cm-1,800 cm-1,和 921 cm-1,如果利用最強的拉曼峰921 cm-1，則可以把1342 nm波長的基頻光進行拉曼激光轉換為1531 nm波長的激光。

圖12(b)顯示了在激光重復頻率為5 kHz、10 kHz、20 kHz和35 kHz時，1531 nm激光平均輸出功率與808 nm激光輸入功率的關系曲線。從圖中可以看出：隨著激光重復頻率的增加，激光閾值也增加，例如激光重復頻率為5 kHz時，激光閾值為5 W,而激光重復頻率為35 kHz時，激光閾值則為8 W。當激光重復頻率為35 kHz和LD泵浦功率為15.6 W時，得到了最高平均輸出功率為1.92 W，其轉換功率達到12.3%，激光輸出很穩定，幾個小時運轉，其功率和重復頻率不變。

采用Tektronix 數字示波器(DPO7254,2.5 GHz)記錄了不同重復頻率下基頻光和拉曼激光的脈沖時間特性，結果如圖12(c),12(d)所示，可以看到:在相同泵浦功率下，隨著重復頻率的增加，激光脈寬也增加；相反地，在相同重復頻率下，隨著泵浦功率的增加，激光脈寬減??；當激光重復頻率為35 kHz和LD泵浦功率為15.6 W時，基頻光和拉曼激光的脈寬分別為65 ns和4.9 ns。

圖12 (a)基頻光與拉曼激光的波長；(b)1531 nm激光平均輸出功率與808 nm 激光輸入功率的關系；(c)拉曼激光脈沖寬度與泵浦光輸入功率關系曲線；(d)基頻光和拉曼激光的脈寬Fig.12 (a)The wavelength of the fundamental and Raman lasers; (b) the relationship between the average output power of the 1531 nm laser and the input power of the laser at 808 nm; (c) the relationship between the pulse width of the Raman laser and the input power of the pump; (d) Frequency and Raman laser pulse width

3.5 拉曼激光非線性變頻實現黃光激光輸出

3.5.1 LD端泵Nd∶YAG/SrWO4/KTP主動調Q黃光激光[10]

實驗裝置如圖13所示，諧振腔是一個由后腔鏡M1和輸出鏡M2組成的平凹腔，腔長130 mm。泵浦源為25 W光纖耦合的808 nm LD激光器。激光介質是1at%Nd∶YAG激光透明陶瓷，長度10 mm。拉曼介質為a向切割的SrWO4晶體，晶體長度為35 mm。倍頻介質為KTP晶體，尺寸為3×3×6 mm3，II類相位匹配，匹配角為θ=68.7°，φ=0。在Nd∶YAG激光透明陶瓷和SrWO4晶體之間放置一個35 mm長的聲光調Q。

圖13 實驗裝置結構圖Fig.13 Experimental device structure

圖14為重復頻率分別為10 kHz，15 kHz，20 kHz，30 kHz時，590 nm激光平均輸出功率與泵浦功率的關系曲線。對于雙鏡腔(無M3)激光實驗系統，當重復頻率分別為10 kHz，15 kHz，20 kHz，30 kHz時，590 nm激光的最高輸出功率為1.3 W、1.32 W、1.39 W和1.3 W，對應的泵浦光與黃色激光的光光轉換效率分別為15.1%、13.3%、13.5%和11.2%。比較圖中三種腔鏡，很明顯，第三種耦合型諧振腔優于其它兩種腔型。對于耦合腔型，激光最高輸出功率為2.93 W，轉換效率最高為19.2%。圖15給出重復頻率分別為10 kHz，15 kHz，20 kHz，30 kHz時，590 nm激光脈沖寬度與泵浦功率的關系曲線，從中可以看出泵浦功率為16.2 W、重復頻率為20 kHz時，脈沖寬度為6.6 ns，對應的單脈沖能量和峰值功率分別為146.5 μJ和22.2 kW。

圖14 在重復頻率分別為10 kHz，15 kHz，20 kHz，30kHz時， 590 nm激光平均輸出功率與泵浦功率的關系曲線Fig.14 The relationship between the average output power of the 590 nm laser and the pump power at the repetition frequency of 10 kHz, 15 kHz, 20 kHz, 30 kHz

圖15 重復頻率分別為10 kHz,15 kHz,20 kHz,30 kHz時， 590 nm激光脈沖寬度與泵浦功率的關系曲線Fig.15 Curves of 590 nm laser pulse width versus pump power at repetition rates of 10 kHz, 15 kHz, 20 kHz, and 30 kHz

3.5.2 LD端泵Nd∶YAG/SrWO4/KTP主動調Q黃-綠光激光[11]

采用LD泵浦Nd∶YAG/SrWO4/KTP器件系統，實現559.6 nm受激拉曼和頻黃-綠光激光輸出, 拉曼頻率轉換采用尺寸為45 mm的SrWO4晶體，采用II類相位匹配的非線性光學晶體KTP(θ=83.4°，φ=0°)作為和頻器件。559.6 nm黃-綠光激光最大輸出為2.41 W，重復頻率為60 kHz，脈寬為21 ns，總的轉換效率為11.8%，斜率斜率為24%。圖16為激光實驗裝置，圖17為激光輸出功率、激光輸出效率與LD泵浦功率關系曲線，和所測定的黃綠激光光譜及黃綠激光光斑。

圖16 激光實驗裝置Fig.16 Laser experimental device

圖17 (a)激光輸出功率、(b)輸出效率與LD泵浦功率關系曲線；(c)測定的黃綠激光光譜及(d)黃綠激光光斑Fig.17 (a)Laser output power, (b)output efficiency and LD pump power curve; (c)measured yellow-green laser spectrum and (d)yellow-green laser spot

3.5.3 LD端泵Nd∶YVO4/SrWO4/ LiB3O5黃光激光[12]

采用LiB3O5非線性光學晶體倍頻SrWO4晶體的拉曼激光，實現了590 nm黃光波段的連續激光輸出，圖18是所采用的激光實驗裝置，這里采用808 nm LD泵浦Nd∶YVO4晶體的1064 nm激光作為基頻光，光纖耦合的LD泵浦源的總功率為20 W, 光纖的心徑為1100 μm，數字孔徑為0.12。SrWO4拉曼晶體尺寸為60 mm， Nd∶YVO4晶體尺寸為3×3×10 mm3，LBO晶體長度為10 mm。Nd∶YVO4晶體的一端面鍍膜作為輸入鏡M1，在808 nm處的透過率為95%，在1064 nm和1180 nm處的反射率為 (HR>)99.9%；輸出鏡 M2在590 nm處的透過率為 (HT>)95%，在1064 nm和1180 nm處的反射率為 (HR>)99.9%。所有晶體的端面都進行了光學拋光并對激光與斯托克波段高透。最后在590 nm黃光波段實現了230 mW的連續激光輸出，圖19 展示的是激光輸出功率與泵浦功率的關系曲線圖，激光的最小和最大閾值功率分別為2.8 W 和 14.3 W。

圖18 激光實驗裝置Fig.18 Laser experimental device

圖19 激光輸出功率與泵浦功率的關系曲線Fig.19 Laser output power versus pump power

3.5.4 Nd3+:SrWO4晶體自受激拉曼激光特性[13]

將Nd3+∶SrWO4晶體加工出a向的Φ4 mm×4.1 mm激光棒進行拉曼激光實驗。室溫偏振熒光譜由Edinburgh Instruments FLS920 spectrophotometer收集。圖20(a), 20(b)是Nd3+∶SrWO4晶體對應于4F3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2兩個躍遷的偏振發射光譜(電場垂直于c軸)。這些發射峰都非常寬，這說明晶體中由于電荷補償使得Nd3+處在比較不規則的晶體場環境中。4F3/2→4I11/2躍遷的最強峰出現在c向偏振吸收光譜的1057 nm處，4F3/2→4I13/2躍遷的最強峰出現在1331.4 nm處。圖20(c), 20(d)是Nd3+∶SrWO4晶體沿a軸方向的自激拉曼散射光譜(圖中使用了α[βχ]δ標記：α為激發光的方向，β是激發光的偏振方向，χδ是拉曼散射光)。其中圖20(c)是沿c方向得到的c向偏振的拉曼頻率轉換。由于c向偏振峰峰值波長恰好在1057 nm處，我們認為這對于在此波長下實現波長的輸出是非常有利的。圖20(b)跟圖20(c)相比c向的偏振導致在沿b軸方向的拉曼轉換低于沿c軸方向的拉曼轉換。由此認為沿c軸方向的偏振更容易實現教理想的自激拉曼散射。

圖20 Nd3+∶SrWO4晶體對應于4F3/2→4I11/2(a)和 4F3/2→4I13/2(b)兩個躍遷的偏振發射光譜(λexc=750 nm)； (c, d) Nd3+∶SrWO4晶體沿a軸方向的自激拉曼散射光譜(λexc=514 nm)；(e)1057 nm激光和Stokes 1 SRS 脈沖能量與泵浦功率的關系曲線；(f) 1331 nm激光和Stokes 1 SRS脈沖能量與泵浦功率的關系曲線Fig.20 Nd3+∶SrWO4 crystal corresponds to the polarization emission spectra of two transitions of 4F3/2→4I11/2 (a) and 4F3/2→4I13/2 (b) (λexc=750 nm); (c, d) Nd3+∶SrWO4 crystal along Self-excited Raman scattering spectrum in the a-axis direction (λexc=514 nm); (e) 1057 nm laser and Stokes 1 SRS pulse energy versus pump power; (f) 1331 nm laser and Stokes 1 SRS pulse energy and pump power The relationship curve

首先測量了Nd3+∶SrWO4晶體1057 nm對應于4F3/2→4I11/2躍遷的激光性能。采用c向偏振光對晶體沿a軸激發，激發波長為747 nm(對應4F7/2→4S3/2的躍遷)。激光腔由一個在可見光范圍內高透過的平面輸入鏡(在1057 nm處的反射率大于99.5%)和一個凹面的輸出鏡組成(曲線半徑為15 cm，在1057 nm處的反射率為99%，在1170 nm處的反射率為60%)，兩個鏡子之間的距離為7.5 cm。泵浦源通過一個焦距為17.5 cm透鏡聚焦于晶體的正后方。得到了1057 nm的激光脈沖激和位于1171 nm處c向偏振SRS自頻率(Stokes 1)脈沖。觀察到的c向偏振的激光和拉曼脈沖都跟前面的拉曼光譜性質相符。圖20(e)顯示了1057 nm激光和Stokes 1 SRS脈沖能量與泵浦功率的關系曲線，泵浦功率與Stokes 1 SRS的最大轉換效率為1.8%。采用集成電路高溫計(Molectron pyrometer) 通過干擾濾波器測量了Nd3+∶SrWO4晶體4F3/2→4I13/2躍遷的1331 nm一階Stokes SRS脈沖。一階Stokes SRS閾值跟拉曼脈沖激光接近，最大的一階Stokes SRS轉換為1.8%。利用9410 Lecroy示波器測定了泵浦的時間演變曲線、激光和一階Stokes SRS脈沖。圖20(f)顯示了1331 nm激光和Stokes 1 SRS脈沖能量與泵浦功率的關系曲線，泵浦功率與Stokes 1 SRS的最大轉換效率為0.4%。

4 結 論

本文總結了近年來我們用熔體提拉法成功生長出的一系列純的和稀土離子摻雜的鎢酸鍶(SrWO4)晶體。測試了純的SrWO4晶體的熱性能和折射率，并擬合出晶體折射率的色散方程。測試了Nd∶SrWO4晶體的偏振吸收譜、近紅外偏振熒光譜和熒光壽命發射曲線，Nd∶SrWO4晶體具有優異的光譜性能。Nd∶SrWO4晶體在1059 nm處的發射界面是1.75 (⊥c) 和2.04(∥c)×10-20cm-2，室溫熒光壽命為188.80 μs，熒光量子效率η=τf/τr=188.80/198.26=95.23%。進行了一系列的激光實驗，測試了純的SrWO4晶體的拉曼激光性能，測試了Nd∶SrWO4晶體的自拉曼激光性能。SrWO4晶體是一個性能優越的拉曼晶體。