Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-1727
Authors: Liebald, Christoph
Title: Yb-dotierte Ultrakurzpuls-Lasermaterialien mit K2NiF4-Struktur – Züchtung und Verbesserung der Kristallqualität
Online publication date: 13-Oct-2017
Language: german
Abstract: Zusammenfassung Yb-dotiertes CaGdAlO4 (CALGO) ist ein sehr gut geeignetes Material für den Hochleistungs-Ultrakurzpuls-Laserbetrieb. Es zeichnet sich durch seine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine inhomogen verbreiterte Yb-Emissionsbande aus, die mit der statistischen Verteilung der Ca2+- und Gd3+/Yb3+-Ionen auf demselben Gitterplatz erklärt wird. Das Material kristallisiert in der K2NiF4-Struktur zusammen mit einer Vielzahl weiterer Seltenerdaluminate und –Gallate der allgemeinen Formel ABCO4. Gerade die statistische Kationenverteilung ist jedoch die Ursache anisotroper struktureller Veränderungen, die in der gekoppelten Bildung von Einschlüssen und Farbzentren resultieren. Die an sich farblosen Kristalle zeigen eine starke, defektgebundene Absorption im Bereich der UV-Bandkante, wodurch sie in einem tiefen Orangeton erscheinen. Einschlüsse/Streuzentren unterschiedlicher Größe durchsetzen das gesamte Probenvolumen. Die Nutzung als Lasermedium ist dadurch stark beeinträchtigt, die erreichten Wirkungsgrade liegen um das zwei- bis dreifache unter dem theoretisch möglichen Wert. Die Beziehungen zwischen Struktur und Stabilität der ABCO4-Oxide wurden untersucht und die Bedeutung einer gleichmäßigeren Verteilung der positiven Ladungen im Kristallgitter für die Vermeidung von Defekten herausgestellt. Darauf aufbauend wurden Veränderungen der Schmelzzusammensetzung bei der Czochralski-Züchtung vorgenommen, um eine verbesserte Kristallqualität zu erhalten und entsprechend die Anwendbarkeit als Lasermedium zu steigern.
Abstract Yb-doped CaGdAlO4 (CALGO) is a very suitable material for high power ultrashort pulse laser applications. Its outstanding properties comprise a high thermal conductivity and an inhomogeneously broadened Yb-emission band caused by the statistical distribution of the Ca2+- and Gd3+ /Yb3+-ions on the same lattice site. The material crystallizes in the K2NiF4-structure along with a wide variety of other rare earth aluminates and gallates with a general formula ABCO4. However, the statistical cation distribution ist the particular reason for a series of anisotropic structural alterations resulting in the coupled formation of inclusions and color centers. The a priori colorless crystals show a strong, defect-related absorption in the range of the UV-band edge that is responsible for their deep orange coloration. Inclusions/scattering centers of different size are present within the whole sample volume. Applicability as laser medium is strongly restricted thereby, achievable efficiencies are about two to three times lower than the theoretical threshold. The relations between structure and stability of ABCO4-oxides were examined and the significance of a more regular positive charge distribution in the crystal lattice was emphasized as crucial to avoid the said defects. Based on these results variations in melt composition for Czochralski growth were carried out to obtain an improved crystal quality and thus enhance performance of the laser crystals.
DDC: 500 Naturwissenschaften
500 Natural sciences and mathematics
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place: Mainz
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-1727
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: in Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: xv, 232 Seiten
Appears in collections:JGU-Publikationen

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