低溫下自發輻射光譜

2-1 低溫自發輻射光譜實驗架設

本論文量測自發輻射光譜的實驗架構如圖 2-1-1 所示。我們將尺寸 3 × 3 × 5 mm³的 晶體以銦片包覆，固定在銅座上，放入低溫系統(Janis Research Co.，VPF-100)中，抽真 空值壓力約 3x10^-3 torr，避免結水氣。本實驗以液態氮降溫，包覆晶體的銅座上有熱電 偶及加熱器，連接到溫控器(LakeShore，335 Temperature Controller)控制溫度。對於摻釹 晶體的實驗，我們使用內徑為 600 μm 之光纖耦合二極體雷射(Coherent)作為激發光源，

激發波長為 808 nm。我們將雷射二極體調整在輸入功率 1 W，經由焦距 5 cm、聚焦比 例 1 比 1 的耦合透鏡組，以同樣 600 μm 的光斑尺寸激發晶體。我們在晶體後方放置偏 振分光鏡(polarizing beam splitter, PBS)，分離晶體不同偏振的自發輻射，並收光進入最 高解析度為 0.1 nm 的光譜儀(Advantest，Q8381)紀錄訊號。另一方面，對於摻鐿之晶體，

我們則改以內徑 200 μm 的光纖耦合二極體雷射(BWT)為激發光源，激發為波長 940 nm。

本論文所量測的晶體有：摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)、摻釹氟化釔鋰 (Nd:YLF)、摻 釹鋁酸釔(Nd:YAP)、摻釹鎢酸鉀釓(Nd:KGW)、摻釹釩酸釔(Nd:YVO4)、摻釹釩酸釓 (Nd:GdVO4)、掺釹釩酸鎦(Nd:LuVO4)、摻鐿鎢酸鉀釓(Yb:KGW)八種晶體，其特性參數 分別列於表 2-1-1、表 2-1-2。在接下來的實驗中，較大範圍的自發輻射光譜(850 nm 至 1700 nm)由於光譜儀的限制，故以解析度 2.0 nm 記錄，其餘較小範圍則以解析度 0.1 nm 分段紀錄之。

8

圖 2-1-1 自發輻射光譜量測實驗架構圖

Coupling lens

Cryostat head

Cryostat

Vacuum chamber

Optical window

Cu holder Crystal

Thermo couple

Laser diode

PBS

9

表 2-1-1 Nd:YAG、Nd:YLF、Nd:YAP、Nd:KGW 晶體之特性參數 Conductivity

14 W/m/K Coefficients

7.8×10^-6/K

Nd:YAG Nd:YLF Nd:YAP Nd:KGW Emission Cross

Section

表 2-1-2 Nd:YVO4、Nd:GdVO4、Nd:LuVO4、Yb:KGW 晶體之特性參數 Nd:YVO4 Nd:GdVO4 Nd:LuVO4 Yb:KGW Thermal

Expansion Coefficients

αa = (5.5 ± 1.5) Conductivity

κa = 5.23 W/m/K

1023-1060 nm [31] Coefficients

dno/dT =

Nd:YVO4 Nd:GdVO4 Nd:LuVO4 Yb:KGW Emission Cross

Section

2-2a Nd:YAG 晶體

圖 2-2a-12 到圖 2-2a-15 為 Nd:YAG 晶體在⁴F3/2→⁴I13/2能階躍遷，溫度範圍 80 K 到 290 K 的自發輻射光譜圖。由圖 2-2a-11 和圖 2-2a-12 我們可以觀察到這個波段的自發輻 射有和 1060 nm 波段類似的狀況。在溫度為 290 K 時，最強的峰值是在 1319 nm，這也 是一般較常被使用的雷射波段。溫度由 290 K 降至 170 K 時，另一個較常被用到的雷射 波段，1338 nm 的峰值強度會強過 1319 nm 的峰值強度。而隨著溫度再降至約 130 K 時，

1334 nm 和 1358 nm 波段的自發輻射強度則會強過 1338 nm。最後降至 80 K 時，最強的 自發輻射峰值為 1358 nm。由圖 2-2a-15 和圖 2-2a-16 我們可以觀察到 1319 nm、1338 nm 的峰值位置隨溫度由 290 K 降至 80 K，會有 0.9 nm 和 1.1 nm 的藍移，藍移速率為 4.29 pm K^-1和 5.19 pm K^-1。

我們從 Nd:YAG 晶體的自發輻射在降溫的過程中的變化，即最強峰值轉換的現象可 以推估，當 Nd:YAG 晶體應用到雷射時，這些波段很可會發生雷射波長轉換的現象，例 如在 2009 年即有研究觀察過使用 Nd:YAG 陶瓷材料的波長轉換現象 [50]

表 2-2a-1 Nd:YAG 晶體隨溫度由 290 K 降至 80 K，在⁴F3/2→⁴I9/2、⁴F3/2→⁴I11/2、⁴F3/2→⁴I13/2

能階躍遷，雷射中心波長自發輻射藍移量與藍移速率。

4F3/2→⁴I9/2 4F3/2→⁴I11/2 4F3/2→⁴I13/2

雷射中心波長(nm) 946 1064 1123 1319

藍移量(nm) -0.3 0.5 -0.2 0.9

藍移速率(pm K^-1) -1.43 2.38 -0.95 4.29

15

1000 1200 1400 1600

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

290K

1064nm

Nd:YAG 290K

圖 2-2a-1 Nd:YAG 晶體在 290 K，波長範圍 850 nm 到 1700 nm 的自發輻射光譜圖，其 解析度為 2.0 nm。

920 930 940 950 960

0 500 1000

80K 290K

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

圖 2-2a-2 Nd:YAG 晶體在波長範圍 915 nm 到 965 nm ，溫度 80 K 與 290 K 的自發輻射 光譜圖。

16

930 935 940 945 950 955

290K

250K

210K

170K

130K

90k

Wavelength (nm)

In te n si ty ( ar b . un it )

80K

圖 2-2a-3 Nd:YAG 晶體在溫度範圍 80 K 到 290 K，波長範圍 930 nm 到 955 nm 的自發 輻射光譜圖。

17

945.6 945.8 946.0 946.2 946.4 946.6 500

1000

In te ns it y ( ar b. un it )

Wavelength (nm)

10400 1060 1080 1100 1120 1140 500

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

圖 2-2a-5 Nd:YAG 晶體在波長範圍 1040 nm 到 1140 nm ，溫度 80 K 與 290 K 的自發輻 射光譜圖。

18

1040 1050 1060 1070 1080 1090

290K

250K

210K

170K

130K

90k

Wavelength (nm)

80K

In te n si ty ( ar b . un it )

圖 2-2a-6 Nd:YAG 晶體在溫度範圍 80 K 到 290 K，波長範圍 1040 nm 到 1090 nm 的自 發輻射光譜圖。

19

10600 1062 1064 1066 1068 1070 1000

2000 3000

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

190K 170K

圖 2-2a-7 Nd:YAG 晶體在波長範圍 1060 nm 到 1070 nm，溫度 170 K 與 190 K 的自發輻 射光譜圖。

10610 1062 1063 1064 1065 1066 1067 1000

2000 3000 4000

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

1100 1110 1120 1130

Wavelength (nm)

In te n si ty ( ar b . un it )

290K

250K

210K

170K

130K

90k

80K

圖 2-2a-9 Nd:YAG 晶體在溫度範圍 80 K 到 290 K，波長範圍 1100 nm 到 1130nm 的自 發輻射光譜圖。

21

11050 1110 1115 1120 1125

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

圖 2-2a-10 Nd:YAG 晶體在波長範圍 1105 nm 到 1125 nm，溫度 250 K 與 270 K 的自發 輻射光譜圖。

11100 1112 1114 1116 1118 1120 100

200 300

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

1320 1340 1360 1380 1400 1420 1440 0

50 100 150 200 250 300

80K 290K

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

圖 2-2a-12 Nd:YAG 晶體在波長範圍 1315 nm 到 1455 nm，溫度 290 K 與 80 K 的自發輻 射光譜圖。

23

1320 1330 1340 1350 1360

290K

250K

210K

170K

130K

90k

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

80K

圖 2-2a-13 Nd:YAG 晶體在溫度範圍 80 K 到 290 K，波長範圍 1310 nm 到 1370nm 的自 發輻射光譜圖。

24

1332 0 1334 1336 1338 1340 50

100 150 200 250

130K 150K

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

圖 2-2a-14 Nd:YAG 晶體在波長範圍 1332 nm 到 1340nm，溫度 130 K 與 150 K 的自發 輻射光譜圖。

25

1318.0 1318.5 1319.0 1319.5

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

1337.0 1337.5 1338.0 1338.5 1339.0 80

120 160 200 240

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

1410 1420 1430 1440 1450

290K

250K

210K

170K

130K

90k

80K

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

圖 2-2a-17 Nd:YAG 晶體在溫度範圍 80 K 到 290 K，波長範圍 1405 nm 到 1455nm 的自 發輻射光譜圖。

27

2-2b Nd:YAP 晶體 nm、892 nm、915.8 nm、930 nm 四個峰值明顯變強外，其餘峰值或非峰值處，強度皆變 弱。π 偏振 892 nm 峰值強度變強 3.6 倍，成為⁴F3/2→⁴I9/2能階躍遷中，最強峰值。σ 偏

0.6 nm，藍移速率為 2.85 pm K^-1。

1000 1200 1400 1600

0

In te ns it y ( ar b. un it )

Wavelength (nm)

Nd:YAP 290K

1060 1070 1080 1090 1100

π σ

1065

1080

29

860 880 900 920 940

In te ns it y ( ar b. un it )

Wavelength (nm)

290 K σ π

圖 2-2b-2 Nd:YAP 晶體在溫度 290 K，波長範圍 850 nm 到 950nm 的自發輻射光譜圖。

860 880 900 920 940

0

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

880 900 920 940

290K

250K

210K

170K

130K

Nd:YAP σ

Wavelength (nm)

In te n si ty ( ar b . un it )

90K

80K

圖 2-2b-4 Nd:YAP 晶體σ 偏振在溫度範圍 80 K 到 290 K，波長範圍 870 nm 到 940nm 的 自發輻射光譜圖。

31

880 900 920 940

Wavelength (nm)

In te n si ty ( ar b . un it )

Nd:YAP π

290K

250K

210K

170K

130K

90K

80K

圖 2-2b-5 Nd:YAP 晶體π 偏振在溫度範圍 80 K 到 290 K，波長範圍 870 nm 到 940nm 的 自發輻射光譜圖。

32

10400 1060 1080 1100 1120 1140 10000

20000 30000 40000 50000

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

290 K σ π

圖 2-2b-6 Nd:YAP 晶體在溫度 290 K，波長範圍 1040 nm 到 1140nm 的自發輻射光譜圖。

10400 1060 1080 1100 1120 1140 10000

20000 30000 40000 50000

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

80 K σ π

圖 2-2b-7 Nd:YAP 晶體在溫度 80 K，波長範圍 1040 nm 到 1140 nm 的自發輻射光譜圖。

33

圖 2-2b-8 Nd:YAP 晶體σ 偏振與 π 偏振在溫度範圍 80 K 到 290 K，波長範圍 1040 nm 到 1120nm 的自發輻射光譜圖。

π

290K

250K

210K

170K

130K

90K

80K

1040 1060 1080 1100 1120

Nd:YAP

Wavelength (nm)

In te n si ty ( ar b . un it )

σ

34

1064.5 1065.0 1065.5

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

1079.6 1080.0 1080.4 1080.8

36000 45000 54000

Nd:YAP π

In te ns it y ( ar b. un it )

Wavelength (nm)

13000 1350 1400 1000

2000 3000 4000 5000

290 K σ π

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

圖 2-2b-11 Nd:YAP 晶體在溫度 290 K，波長範圍 1300 nm 到 1340nm 的自發輻射光譜 圖。

13000 1350 1400

1000 2000 3000 4000 5000

80 K σ π

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

圖 2-2b-12 Nd:YAP 晶體在溫度 80 K，波長範圍 1300 nm 到 1340nm 的自發輻射光譜圖。

36

圖 2-2b-13 Nd:YAP 晶體σ 偏振與 π 偏振在溫度範圍 80 K 到 290 K，波長範圍 1320 nm 到 1450nm 的自發輻射光譜圖。

π

1320 1350 1380 1410 1440

σ

Nd:YAP

In te n si ty ( ar b . un it )

290K

250K

210K

170K

130K

90K

80K

Wavelength (nm)

37

1350 1400 1450 0

1000 2000 3000 4000 5000

150 K σ π

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

圖 2-2b-14 Nd:YAP 晶體在溫度 150 K，波長範圍 1320 nm 到 1450nm 的自發輻射光譜圖。

38

2-2c Nd:YLF 晶體 1047 nm、1053 nm。

圖 2-2c-2 到圖 2-2c-5 為 Nd:YLF 晶體在⁴F3/2→⁴I9/2能階躍遷，溫度 80 K 到 290 K

nm 隨溫度由 290 K 降至 80 K，藍移量約為 1.19 nm，的藍移速率為 5.7 pm K^-1，圖

1000 1200 1400 1600

0

In te ns it y ( ar b. un it )

Wavelength (nm)

1040 1060 1080

π σ

1047 1053

40

860 880 900 920 940

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

290 K π σ

圖 2-2c-2 Nd:YLF 晶體在溫度 290 K，波長範圍 850 nm 到 950nm 的自發輻射光譜圖。

860 880 900 920 940

0

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

80 K

圖 2-2c-3 Nd:YLF 晶體在溫度 80 K，波長範圍 850 nm 到 950nm 的自發輻射光譜圖。

41

860 880 900 920

Wavelength (nm)

In te n si ty ( ar b . un it )

Nd:YLF π

290K

250K

210K

170K

130K

90K

80K

圖 2-2c-4 Nd:YLF 晶體π 偏振在溫度範圍 80 K 到 290 K，波長範圍 850 nm 到 920nm 的 自發輻射光譜圖。

42

860 880 900 920

290K

250K

210K

170K

130K

90K

Nd:YLF 90

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

80K

圖 2-2c-5 Nd:YLF 晶體σ 偏振在溫度範圍 80 K 到 290 K，波長範圍 850 nm 到 920nm 的 自發輻射光譜圖。

43

10400 1060 1080 40000

80000 120000 160000

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

290 K

π σ

圖 2-2c-6 Nd:YLF 晶體在溫度 290 K，波長範圍 1040 nm 到 1080nm 的自發輻射光譜圖。

10400 1060 1080

40000 80000 120000 160000

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

80K σ π

圖 2-2c-7 Nd:YLF 晶體在溫度 80 K，波長範圍 1040 nm 到 1080nm 的自發輻射光譜圖。

44

圖 2-2c-8 Nd:YLF 晶體σ 偏振與 π 偏振在溫度範圍 80 K 到 290 K，波長範圍 1030 nm 到 1080nm 的自發輻射光譜圖。

σ

1040 1050 1060 1070 1080

Wavelength (nm)

In te n si ty ( ar b . un it )

π 290K

250K

210K

170K

130K

90K

80K

45

1046 1047 1048 1049 30000

60000 90000

Nd:YLF π

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

1310 1320 1330 0

3000 6000 9000

290 K σ π

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

圖 2-2c-11 Nd:YLF 晶體在溫度 290 K，波長範圍 1305 nm 到 1335nm 的自發輻射光譜圖。

1310 1320 1330

0 3000 6000

9000 80 K

σ π

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

圖 2-2c-12 Nd:YLF 晶體在溫度 80 K，波長範圍 1305 nm 到 1335nm 的自發輻射光譜圖。

47

圖 2-2c-13 Nd:YLF 晶體σ 偏振與 π 偏振在溫度範圍 80 K 到 290 K，波長範圍 1300 nm 到 1380nm 的自發輻射光譜圖。

σ

1300 1320 1340 1360 1380

π

Nd:YLF

Wavelength (nm)

In te n si ty ( ar b . un it )

290K

250K

210K

170K

130K

90K

80K

48

1312 1313 1314 1315 1316

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

2-2d Nd:YVO4晶體

振的峰值位置隨溫度由 290 K 降至 80 K，1342 nm 藍移量約為 1.2 nm，藍移速率為 5.7 pm K^-1，圖 2-2d-17(b)為σ 偏振 80 K 至 290 K 的峰值位置，呈現性變化。

圖 2-2d-15 和圖 2-2d-16 及圖 2-2d-17 為 Nd:YVO4晶體隨溫度由 290 K 降至 80 K，

在兩個偏振、三段能階躍遷之峰值位置圖，相較於其他摻雜釹之晶體，Nd:YVO4晶體藍

移量較大，也較有線性變化。

表 2-2d-1 Nd:YAG 晶體隨溫度由 290 K 降至 80 K，在 ⁴F3/2→⁴I9/2、⁴F3/2→⁴I11/2、⁴F3/2→

4I13/2能階躍遷，兩偏振雷射中心波長自發輻射藍移量與藍移速率。

4F3/2→⁴I9/2 4F3/2→⁴I11/2 4F3/2→⁴I13/2

偏振 π σ π σ π σ

雷射中心波長(nm) 914 914 1064 1064 1342 1342

藍移量(nm) 1.0 0.7 0.8 0.7 1.2 1.2

藍移速率(pm K^-1) 4.75 3.32 3.80 3.33 5.70 5.70

51

1000 1200 1400 1600 0

200000 400000 600000 800000 1000000

Nd:YVO

₄

290K

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

σ π

圖 2-2d-1 Nd:YVO4晶體在 290 K，波長範圍 850 nm 到 1700 nm 的自發輻射光譜圖，其 解析度為 2.0 nm，紅線(實線)為π 偏振，藍線(虛線)為 σ 偏振。

52

860 880 900 920 940

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

290 K σ π

圖 2-2d-2 Nd:YVO4 晶體在溫度 290 K，波長範圍 850 nm 到 950nm 的自發輻射光譜 圖。

860 880 900 920 940

0

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

圖 2-2d-4 Nd:YVO4晶體σ 偏振與 π 偏振在溫度範圍 80 K 到 290 K，波長範圍 860 nm 到 930 nm 的自發輻射光譜圖。

σ

860 880 900 920

π

290K

250K

210K

170K

130K

90K

Wavelength (nm)

In te n si ty ( ar b . un it )

Nd:YVO

₄

80K

54

10500 1060 1070 1080 1090 1100

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

290 K σ π

圖 2-2d-5 Nd:YVO4晶體在溫度 290 K，波長範圍 1050 nm 到 1100 nm 的自發輻射光譜 圖。

10500 1060 1070 1080 1090 1100 50000

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

80 K σ π

圖 2-2d-6 Nd:YVO4晶體在溫度 80 K，波長範圍 1050 nm 到 1100 nm 的自發輻射光譜圖。

55

圖 2-2d-7 Nd:YVO4晶體 σ 偏振與 π 偏振在溫度範圍 80 K 到 290 K，波長範圍 1060 nm 到 1090 nm 的自發輻射光譜圖。

σ

1060 1070 1080 1090

π

Wavelength (nm) Nd:YVO

₄

In te n si ty ( ar b . un it )

290K

250K

210K

170K

130K

90K

80K

56

1062 1065 1068 20000

40000 60000

Nd:YVO

₄

σ

In te ns it y ( ar b. un it )

Wavelength (nm)

1063 1064 1065 1066 1067

90000 180000 270000

Nd:YVO

₄

π

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

13200 1340 1360 1380 1400 1420 10000

20000 30000

290 K σ π

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

圖 2-2d-10 Nd:YVO4晶體在溫度 290 K，波長範圍 1320 nm 到 1420 nm 的自發輻射光譜 圖。

13200 1340 1360 1380 1400 1420 10000

20000 30000

80 k σ π

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

圖 2-2d-11 Nd:YVO4晶體在溫度 80 K，波長範圍 1320 nm 到 1420 nm 的自發輻射光譜 圖。

58

圖 2-2d-12 Nd:YVO4晶體σ 偏振與 π 偏振在溫度範圍 80 K 到 290 K，波長範圍 1330 nm 到 1400nm 的自發輻射光譜圖。

σ

250K 290K

210K

170K

130K

90K

80K

1330 1340 1350 1360 1370 1380 1390 1400 π

Wavelength (nm)

In te n si ty ( ar b . un it )

Nd:YVO

₄

59

1340 1342 1344

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

圖 2-2d-13 Nd:YVO4晶體σ 偏振在溫度範圍 80 K 到 290 K，波長範圍 1340 nm 到 1345 nm 的自發輻射光譜圖。

1340 1342 1344

10000

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

圖 2-2d-14 Nd:YVO4晶體π 偏振在溫度範圍 80 K 到 290 K，波長範圍 1340 nm 到 1345 nm 的自發輻射光譜圖。

60

圖 2-2d-15 Nd:YVO4晶體 (a) σ 偏振 (b) π 偏振，溫度 80 K 到 290 K，波長 914 nm 的峰

2-2e Nd:GdVO4晶體

本實驗量測的 Nd:GdVO4晶體濃度為 0.5 at. %。Nd:GdVO4晶體為四方晶系，以自 發輻射光譜強度判別π 偏振與 σ 偏振，光譜強度較強的為 π 偏振。圖 2-2e-1 為 Nd:GdVO4

晶體在 290 K，波長範圍 850 nm 到 1700 nm 的自發輻射光譜圖，紅線(實線)為π 偏振，

藍線(虛線)為σ 偏振。

圖 2-2e-2 到圖 2-2e-4 為 Nd:GdVO4晶體在⁴F3/2→⁴I9/2能階躍遷，在溫度 80 K 到 290 K 之間的自發輻射光譜圖。由圖 2-2e-5，σ 偏振在 110 K 時，912 nm 峰值強度最強。峰 值位置隨溫度由 290 K 降至 80 K，藍移量約 0.6 nm，藍移速率為 2.85 pm K^-1。由圖 2-2e-6，π 偏振一樣在 110 K 時，912 nm 峰值強度最強。峰值位置隨溫度由 290 K 降至 80 K，藍移量約為 0.4 nm，藍移速率為 1.9 pm K^-1。

圖 2-2e-7 到圖 2-2e-10 為 Nd:GdVO4晶體在⁴F3/2→⁴I11/2能階躍遷，在溫度 80 K 到 290 K 之間的自發輻射光譜圖。由圖 2-2e-9，σ 偏振 1063 nm 峰值位置隨溫度由 290 K 降至 80 K，藍移量約為 0.6 nm，藍移速率為 2.85 pm K^-1，強度增強為 1.67 倍。由圖 2-2e-10，π 偏振 1063 nm 峰值位置隨溫度由 290 K 降至 80 K，藍移量約為 0.4 nm，藍移速 率為 1.90 pm K^-1，強度增強為兩倍。

圖 2-2e-11 到圖 2-2e-14 為 Nd:GdVO4晶體在⁴F3/2→⁴I13/2能階躍遷，在溫度 80 K 到 290 K 之間的自發輻射光譜圖。由圖 2-2e-13，σ 偏振 1341 nm 峰值位置隨溫度由 290 K 降至 80 K，藍移量約為 1.2 nm，藍移速率為 5.70 pm K^-1，強度增強為兩倍。由圖 2-2e-13，π 偏振 1341 nm 峰值位置隨溫度由 290 K 降至 80 K，藍移 1.1 nm，藍移速率為 5.22 pm K^-1，強度增強為 1.67 倍。

62

表 2-2e-1 Nd:GdVO4晶體隨溫度由 290 K 降至 80 K，在⁴F3/2→⁴I9/2、⁴F3/2→⁴I11/2、⁴F3/2→

4I13/2能階躍遷，兩偏振雷射中心波長自發輻射藍移量與藍移速率。

4F3/2→⁴I9/2 4F3/2→⁴I11/2 4F3/2→⁴I13/2

偏振 π σ π σ π σ

雷射中心波長(nm) 912 912 1063 1063 1341 1341

藍移量(nm) 0.6 0.4 0.4 0.6 1.1 1.2

藍移速率(pm K^-1) 2.85 1.90 1.90 2.85 5.23 5.70

900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 0

20000 40000 60000 80000

Nd:GdVO

₄

290K

In te ns it y ( ar b. un it )

Wavelength (nm)

π σ

圖 2-2e-1 Nd:GdVO4晶體在 290 K，波長範圍 850 nm 到 1700 nm 的自發輻射光譜圖，

其解析度為 2.0 nm，紅線(實線)為π 偏振，藍線(虛線)為 σ 偏振。

63

860 880 900 920 940 0

4000 8000 12000 16000

In te ns it y ( ar b. un it )

Wavelength (nm)

290 k σ π

圖 2-2e-2 Nd:GdVO4晶體在溫度 290 K，波長範圍 850 nm 到 950 nm 的自發輻射光譜圖。

860 880 900 920 940

0 4000 8000 12000 16000

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

80 K σ π

圖 2-2e-3 Nd:GdVO4晶體在溫度 80 K，波長範圍 850 nm 到 950 nm 的自發輻射光譜圖。

64

圖 2-2e-4 Nd:GdVO4晶體σ 偏振與 π 偏振在溫度範圍 80 K 到 290 K，波長範圍 870 nm 到 930 nm 的自發輻射光譜圖。

π

290K

250K

210K

170K

130K

90K

80K

880 900 920

σ

Wavelength (nm)

In te n si ty ( ar b . un it )

Nd:GdVO

₄

65

911 912 913 9000

12000 15000

Nd:GdVO

₄

σ

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

911 912 913

8000 10000 12000

Nd:GdVO

₄

π

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

10500 1060 1070 1080 1090 1100 40000

80000 120000

160000 290 K

σ π

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

圖 2-2e-7 Nd:GdVO4晶體在溫度 290 K，波長範圍 1050 nm 到 1100 nm 的自發輻射光譜 圖。

10500 1060 1070 1080 1090 1100 40000

80000 120000

160000 80 k

σ π

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

圖 2-2e-8 Nd:GdVO4晶體在溫度 80 K，波長範圍 1050 nm 到 1100 nm 的自發輻射光譜 圖。

67

1060 1070 1080 1090

290K

Nd:GdVO

₄

σ

Wavelength (nm)

In te n si ty ( ar b . un it )

250K

210K

170K

130K

90K

80K

圖 2-2e-9 Nd:GdVO4晶體σ 偏振在溫度範圍 80 K 到 290 K，波長範圍 1060 nm 到 1090 nm 的自發輻射光譜圖。

68

1060 1070 1080 1090

Nd:GdVO

₄

π

Wavelength (nm)

In te n si ty ( ar b . un it )

290K

250K

210K

170K

130K

90K

80K

圖 2-2e-10 Nd:GdVO4晶體π 偏振在溫度範圍 80 K 到 290 K，波長範圍 1060 nm 到 1090 nm 的自發輻射光譜圖。

69

1320 1340 1360 1380 1400 0

4000 8000 12000

16000 290 k

σ π

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

圖 2-2e-11 Nd:GdVO4晶體在溫度 290 K，波長範圍 1310 nm 到 1410 nm 的自發輻射光譜 圖。

1320 1340 1360 1380 1400 0

4000 8000 12000

16000 80 K

σ π

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

圖 2-2e-12 Nd:GdVO4晶體在溫度 80 K，波長範圍 1310 nm 到 1410 nm 的自發輻射光譜 圖。

70

圖 2-2e-13 Nd:GdVO4晶體σ 偏振與 π 偏振在溫度範圍 80 K 到 290 K，波長範圍 1320 nm 到 1400 nm 的自發輻射光譜圖。

π

_290K

250K

210K

170K

130K

90K

80K

1060 1070 1080 1090

σ

Nd:GdVO

₄

Wavelength (nm)

In te n si ty ( ar b . un it )

71

1339 1340 1341 1342

In te n si ty ( ar b . un it )

Wavelength (nm)

2-2f Nd:LuVO4晶體

本實驗量測的 Nd:LuVO4晶體濃度為 0.5 at. %。Nd:LuVO4晶體為四方晶系，以自發 輻射光譜強度判別π 偏振與 σ 偏振，光譜強度較強的為 π 偏振。圖 2-2f-1 為 Nd:LuVO4

晶體在 290 K，波長範圍 850 nm 到 1700 nm 的自發輻射光譜圖，紅線(實線)為π 偏振，

藍線(虛線)為σ 偏振。

圖 2-2f-2 到圖 2-2f-4 為 Nd:LuVO4晶體在⁴F3/2→⁴I9/2能階躍遷，溫度 80 K 到 290 K

圖 2-2f-2 到圖 2-2f-4 為 Nd:LuVO4晶體在⁴F3/2→⁴I9/2能階躍遷，溫度 80 K 到 290 K

在文檔中 摻釹與摻鐿雷射晶體在低溫下的自發輻射與受激輻射之研究 (頁 21-115)