Responsive image
博碩士論文 etd-0701117-131636 詳細資訊
Title page for etd-0701117-131636
論文名稱
Title
以柴式提拉法生長高濃度摻釹釔鋁石榴石單晶與其雷射量測之研究
Research on the Crystal Growth and Laser Performances of Highly-doped Nd:Y3Al5O12 Single Crystal by Czochralski Technique
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
59
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2017-07-20
繳交日期
Date of Submission
2017-08-17
關鍵字
Keywords
雙端面泵浦、側面泵浦、柴式提拉法、摻釹釔鋁石榴石、雷射晶體
double end-pumped laser, side-pumped laser, Czochralski technique, laser crystal, Nd:YAG
統計
Statistics
本論文已被瀏覽 5677 次,被下載 13
The thesis/dissertation has been browsed 5677 times, has been downloaded 13 times.
中文摘要
本研究使用柴式提拉法(Czochralski technique)生長高濃度摻釹釔鋁石榴石(Nd:Y3Al5O12;Nd:YAG)單晶,透過改變晶體的生長環境、生長方式及後處理,針對生長過程中產生的散射、側向生長及裂痕進行改善,以提高晶體的品質。
  本實驗使用之原料為純度99.99%的Y2O3、Al2O3粉末及99.9%的Nd2O3粉末,透過中頻感應加熱電源對實驗室自行設計的柴式提拉晶體生長爐進行溫度調整,並配合電腦軟體控制晶體的生長方式及尺寸。
  生長完成的晶體經過切片後分別進行X光繞射分析(X-ray diffraction analysis)、X光電子能譜分析(X-ray Photoelectron Spectroscopy)及紫外/可見光光譜分析(UV/Vis Spectroscopy),確認生長之晶體為釔鋁石榴石(yttrium aluminum garnet)晶體且遵守偏析現象,同時比較不同摻雜濃度之晶體對光的吸收度及穿透率。
  最後,使用側面泵浦(side-pumped laer)及雙端面泵浦(double end-pumped laser)兩種系統進行雷射量測,比較不同摻雜濃度之晶體的斜效率,證實高摻雜濃度之Nd:YAG晶體不僅可提高對光的吸收,且可一併提升雷射的斜效率。
Abstract
Nd:Y3Al5O12 (Nd:YAG) single crystal is the most commonly used laser crystal. In this thesis, highly-doped (Nd-doped concentrations = 1.5-4%) Nd:YAG crystals are grown by Czochralski (CZ) pulling technique under nitrogen atmosphere with crystal diameter Dc = 50 mm. Side-pump and double end-pump laser systems are used to measure the slope efficiency of laser crystal. The crystal structure is confirmed through X-ray diffraction analysis (XRD). By using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the segregation phenomenon is observed. Finally, Ultraviolet/Visible Spectroscopy shows that Nd:YAG crystal with higher Nd-doped concentration has better absorption and less transmission of light, which leads to a better laser performance.
目次 Table of Contents
論文審定書 i
摘要 ii
Abstract iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 ix
第一章 序論 1
第二章 文獻回顧與研究動機 2
2.1 Y2O3-Al2O3系統 2
2.2 Nd:Y3Al5O12簡介 3
2.3柴式提拉法 6
2.4雷射簡介 8
2.4.1雷射發展史 8
2.4.2雷射原理 8
2.4.3雷射種類 9
2.4.4 Nd:YAG雷射 9
2.5研究動機 10
第三章 晶體生長 11
3.1生長流程 11
3.2生長結果 14
3.3結果討論 19
第四章 量測分析之原理及裝置 22
4.1 X光繞射分析(X-ray diffraction analysis, XRD) 22
4.1.1 基本原理 22
4.1.2 量測參數 23
4.2 X光電子能譜分析(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS) 24
4.2.1基本原理 24
4.2.2 量測參數 24
4.3紫外/可見光光譜分析(UV/Vis Spectroscopy) 25
4.3.1基本原理 25
4.3.2量測參數 25
4.4側面泵浦雷射(Side-pumped Laser) 26
4.4.1系統架構 26
4.4.2量測參數 26
4.5雙端面泵浦雷射(Double End-pumped Laser) 27
4.5.1系統架構 27
4.5.2量測參數 27
第五章 量測分析之結果與討論 28
5.1 X光繞射分析 28
5.1.1 X光繞射圖 28
5.1.2 結果討論 29
5.2 X光電子能譜分析 30
5.2.1 2% Nd:YAG定量結果 30
5.2.2 4% Nd:YAG定量結果 31
5.2.3結果討論 32
5.3紫外∕可見光光譜分析 33
5.3.1 2% Nd:YAG吸收/穿透光譜 34
5.3.2 4% Nd:YAG吸收/穿透光譜 36
5.3.3結果討論 38
5.4側面泵浦雷射系統 40
5.4.1量測結果 40
5.4.2結果討論 41
5.5雙端面泵浦雷射系統 42
5.5.1量測結果 42
5.5.2結果討論 44
第六章 結論 45
參考文獻 46
參考文獻 References
[1] T. Mah, M. D. Petry, J. Am. Ceram. Soc., Vol. 75, pp. 2009 (1992)
[2] O. Fabrichnaya, H.J. Seifert, T. Ludwig, F. Aldinger, A. Navrotsky, Scand. J. Metall., Vol. 30, pp. 175 (2001)
[3] N. A. Toropov, I. A. Bondar, F. Ya. Galadhov, Kh. S. Nikogosyan, N. V. Vinogradova, Russ. Chem. Bull., Vol. 13, pp. 1067 (1964)
[4] Y. Miyazawa, Y. Mori, S. Homma, K. Kitamura, Mat. Res. Bull., Vol. 13, pp. 675 (1978)
[5] R. Kolesov, K. Xia, R. Reuter, R. Stöhr, A. Zappe, J. Meijer, P. R. Hemmer, J. Wrachtrup, Nat. Commun., Vol. 3, p. 1029 (2012)
[6] S. Kostića, Z. Ž. Lazarevića, V. Radojevićb, A. Milutinovića, M. Romčevića, N.Ž. Romčevića, A. Valčićb, Mat. Res. Bull., Vol. 63, pp. 80 (2015)
[7] Z. Ž. Lazarević, P. Mihailović, S. Kostić, M. J. Romčević, M. Mitrić, S. Petričević, J. Radunović, M. Petrović-Damjanović, M. Gilić, N.Ž. Romčević, Opt. Mater., Vol. 34, pp. 1849 (2012)
[8] E. Kanchanavaleerat, D. Cochet-Muchy, M. Kokta, J. Stone-Sundberg, P. Sarkies, J. Sarkies, Opt. Mater., Vol. 26, pp. 337 (2004)
[9] Y. Peizhi, D. Peiyhen, Y. Yhiwen, T. Yulian, J. Cryst. Growth, Vol. 218, pp. 87 (2000)
[10] B. Jiang, J. Xu, H. Li, J. Wang, G. Zhao, J. Mater. Sci. Technol., Vol. 22, pp. 5 (2006)
[11] H. Bruesselbach, D.S. Sumida, Opt. Lett., Vol. 21, pp.480 (1996)
[12] 林元龍,《以熔鹽法合成釔鋁石榴子石YAG:Tb、Ce單晶粉末之研究》,碩士論文,國立成功大學礦冶及材料科學研究所,1990
[13] 翁丁才,《以共沉法合成釔鋁石榴石之研究》,碩士論文,國立成功大學礦冶及材料科學研究所,1988
[14] G. Del Rosarioa, S. Oharab, L. Mancicc, O. Milosevicc, Appl. Surf. Sci., Vol. 238, pp. 469 (2004)
[15] J. H. Yum, S. S. Kim, Y. E. Sung, Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp., Vol. 251, pp. 203 (2004)
[16] M. K. Ashurov, A.F. Rakov, R.A. Erzin, Solid State Commun., Vol. 120, pp. 491 (2001)
[17] J. E. Geusic, H. M. Marcos, L. G. Van Uitert, Appl. Phys. Lett., Vol. 4, pp. 182 (1964)
[18] P. H. Klein, W. J. Croft, J. Appl. Phys., Vol. 38, p. 1603 (1967)
[19] W. L. Bon, J. Appl. Phys., Vol. 36, pp. 1674 (1965)
[20] M. Bass, L. G. FeShazer, U. Ranon, Report No. ECOM 74-0104-1 (1974)
[21] J. Czochralski, Z. Phys. Chemie., Vol. 192, pp. 219 (1918)
[22] G.K. Teal, J.B. Little, Phys. Rev., Vol. 78, pp. 647 (1959)
[23] H. E. Buckley. Crystal Growth. New York: John Wiley & Sons; London: Chapman & Hall, 571 pp. (1951)
[24] W. P. Davey, Science, Vol. 113, p. 533 (1951)
[25] A. Einstein, Phys. Z., Vol. 18, pp. 121 (1917)
[26] A. L. Schawlow, C. H. Townes, Phys. Rev., Vol. 112, pp. 1940 (1958)
[27] T. H. Maiman, Nature, Vol. 187, pp. 493 (1960)
[28] Z. Yongzong, J. Cryst. Growth, Vol. 78, pp. 31 (1986)
[29] W. H. Bragg, W. L. Bragg, Proc. R. Soc. A, Vol. 88, pp. 428 (1913)
[30] 林麗娟,〈X光繞射原理及其應用〉,工業材料,第86期,第100-107頁,1994
[31] JCPD Card 33-0040, ICDD (1982)
[32] K. Shiroki, Y. Kuwano, CSJ., Vol. 1978, pp. 940 (2011)
[33] K. Semwal, S. C. Bhatt, Int. J. Phys, Vol. 1, pp. 15 (2013)
電子全文 Fulltext
本電子全文僅授權使用者為學術研究之目的,進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。請遵守中華民國著作權法之相關規定,切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送,以免觸法。
論文使用權限 Thesis access permission:自定論文開放時間 user define
開放時間 Available:
校內 Campus: 已公開 available
校外 Off-campus: 已公開 available


紙本論文 Printed copies
紙本論文的公開資訊在102學年度以後相對較為完整。如果需要查詢101學年度以前的紙本論文公開資訊,請聯繫圖資處紙本論文服務櫃台。如有不便之處敬請見諒。
開放時間 available 已公開 available

QR Code