Yb-dotierte Ultrakurzpuls-Lasermaterialien mit K2NiF4-Struktur – Züchtung und Verbesserung der Kristallqualität
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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.