1.1.1 退火对3at%Tm:YAP晶体的影响我们对3at%Tm:YAP样品分别进行了H2和O2退火实验，其中H2退火为1150℃保温20h，O2退火为1200℃保温10h，O2退火后晶体颜色加深，而H2退火后晶体颜色变浅。通过对退火前后吸收谱分析我们发现，氧气退火使212nm-628nm吸收明显增加，并且在254nm和372nm处出现两个比较宽的吸收峰，而氢气退火使该段吸收减少，并且差分吸收谱在254nm和372nm处也出现两个凹陷的峰。我们认为这些缺陷的形成是由于Fe3+、Fe2+的存在造成[70]。其中254nm左右为Fe3+吸收峰，372nm差吸收峰对应Fe3+→O2-→Fe2+电荷转移吸收峰，氧气退火使Fe3+增加而Fe2+减少，故两处吸收峰增强，而氢气退火使Fe3+减少而Fe2+增加，故两处吸收峰减弱。Tm:YAP晶体光谱参数及能量转移参数计算方法？河北圆棒TmYAP
1993年，李等用800纳米的钛宝石激光器和5%的泵浦tm: yso在室温下获得了2.05米的连续激光输出。激光输出范围可扩展至2.01 ~ 2.07米，斜率效率为18%[38]。1998年，Jean-paul Foing等人报道了以二极管为泵浦光源的5%Tm:YSO、10%Tm:CAS和5%Tm:SYS激光器的实验研究[36]。除了5%的Tm:SYS晶体由于其热力学性质不能产生激光振荡外，5%的Tm:YSO和10%的Tm:CAS晶体分别获得了110mW和39mW的激光输出，斜效率分别为26%和8.6%。指出TM3360YSO可实现1.93~2.07m范围内的宽调谐激光输出，其调谐范围为掺TM3的(1.93 ~ 2.07 m) (3)钒酸盐晶体河北圆棒TmYAP低温下Tm:YAP*有少量尖锐发射峰，随温度升高，谱线逐渐展宽，在左侧出现新的荧光峰。
4at%Tm:YAP激光实验在同样条件下进行，输出耦合镜的透射率为10%，样品尺寸为3×3×5mm3，垂直c向切割。达到阈值所需要的泵浦功率约4.4W，当泵浦功率为24W时，实现最大功率8.1W的激光输出，波长1.935mm，斜效率达42%，如图4-24。
5at%Tm:YAP晶体在同样的泵浦功率密度下，晶体端面发生脆裂，这可能与5at%Tm:YAP晶体局部吸收功率过高以及热力学性能较差有关。
由以上激光实验结果来看，4at% Tm:YAP晶体激光性能比较好，因此我们认为在我们所生长的Tm:YAP晶体中，4at%为比较好化的掺杂浓度。
由于Tm:YAP的各向异性，对3F4→3H6跃迁的发射截面，我们采用F-L公式以及偏振发射谱进行了计算。F-L公式可表示为[76]：
（4-3）
式中c为光速，λ为波长，I(λ)为荧光光谱上某一波长λ处的荧光强度，n为折射率，τrad为上能级辐射寿命。5at%Tm:YAP各偏振方向发射截面计算结果如图4-19所示，其中E//a方向在1934nm具有比较大发射截面4.5×10-21cm2，接近于[25]报道数据5.0×10-21cm2。3at%Tm:YAP、4at%Tm:YAP、5at%Tm:YAP晶体E//a发射截面在1934nm处基本相同
Tm:YAP晶体光谱参数及能量转移参数计算结果。
由于上述优异的热力学和光谱激光性质，Tm:YAP激光晶体已成为2m波段的重要晶体之一。自20世纪60年代末YAP晶体生长技术取得突破以来，人们开始研究YAP中Tm3的光谱特性。1973年，韦伯等人***在77K下实现了YAP晶体中Tm3 1.861m激光输出[29]。此后，Tm:YAP激光晶体的研究取得了很大进展，最大输出功率为50W，比较大倾斜效率为60%。主要激光实验报告如表12所示。除了Tm:YAG和Tm:YAP晶体外，Lu3Al5O12(LuAG)晶体也得到***研究。LuAG在YAG晶体中用Lu3代替Y3，因此具有类似YAG的石榴石结构。随着Lu3的取代，Tm:LuAG激光器的输出波长向红外方向延伸，Tm: LuAG激光器在自由模式下的工作波长为2.023m，在大于2m的激光器应用中具有一定的意义。(2)掺Tm3的硅酸盐晶体在此不详细描述YAP晶体属正交晶系畸变钙钛矿结构？河北圆棒TmYAP
Tm:YAP晶体的吸收谱图。河北圆棒TmYAP
Tm:YAP激光晶体
YAP晶体属于正交畸变钙钛矿结构，是负双轴晶体。其结构参数和基本理化性质见表11。
Tm:YAP具有与纯YAP晶体相似的结构。与Tm:YAP相比，Tm:YAP具有类似于Tm:YAP的优异热力学性能，并且由于其双光轴，可以***Tm:YAP激光器工作过程中产生的热双折射效应，提高激光输出效率。另外，Tm:YAP的结构各向异性使得其发射截面各向异性，不同取向的Tm:YAP晶体具有不同的激光功能、输出波长和工作形式。在光谱性质上，对应于3H63H4的Tm:YAP的吸收峰约为795nm，报道的吸收截面为6.7 10-21 cm2(797nm，与非偏振的比值为3%)[28]，这更有利于用商用二极管GaAs/铝镓砷泵浦。其荧光范围覆盖1.6~2.1m，在1.936m处的发射截面达到5 和10-21 cm2(方向未知)，约为Tm:YAG的两倍，激光器的上能级寿命约为5ms[25]。Tm:YAP可输出1.94m连续和1.965~2.020m连续调谐激光输出，特别指出1.94m激光与2.5m Cr:ZnSe吸收匹配良好。 河北圆棒TmYAP