Kurzfassung
160.5690 rare earth doped materials, 170.6280 spectroscopy, fluorescence and luminescence, 81.10 crystal growth
Kristalle der Sesquioxide Y2O3, Sc2O3 und Lu2O3 konnten erstmals nach der Czochralski-, der Nacken-Kyropoulos und
der Bridgman-Methode herge-stellt werden. Die Möglichkeit der Züchtung großer Kristalle in gerichteter Erstarrung wurde
am Bridgman-Verfahren demonstriert.
Es wurden sowohl undotierte als auch mit Tm3+- bzw. Nd3+-dotierte Y2O3-, Sc2O3- und Lu2O3-Proben gezüchtet und die
für den Laserbetrieb bedeutenden spektroskopischen und physikalischen Eigenschaften ermittelt. Gegenstand der
Untersuchungen waren insbesondere die temperaturab-hängigen Wärmeleitfähigkeiten dotierter und undotierter Kristalle,
die Wirkungsquerschnitte und Judd-Ofelt-Parameter der Tm3+- und Nd3+-Dotierungsionen sowie das Verhalten der Proben
in Laserexperimenten.
Undotierte und dotierte Sesquioxid-Kristalle zeigen hohe Wärmeleit-fähigkeiten, welche die Werte entsprechend dotierter
Y3Al5O12-Proben z.T. erheblich übertreffen. Unter diesem Gesichtspunkt sind Y2O3, Lu2O3 und Sc2O3 attraktive
Materialien für den Einsatz in Hochleistungslasern.
Zahlreiche neue Laser mit technisch interessanten Emissionswellenlän-gen konnten realisiert werden. Lasertätigkeit wurde
erstmalig in Nd:Lu2O3 bei 951.5nm, 1077nm, 1358nm und 1453nm und in Nd:Sc2O3 bei 966nm, bei 1486nm sowie
simultan bei 1082nm und 1087nm erzielt.
Die Emissionswellenlänge eines Tm:Y2O3-Lasers konnte zwischen 1930nm und 2090nm durchgestimmt werden. Der
Durchstimmbereich eines Tm:Sc2O3-Lasers lag zwischen 1955nm und 2160nm mit einer Lücke zwischen 2030nm und
2090nm, die von ungünstigen Transmissionen der Auskoppelspiegel herrührte. In Tm:Lu2O3 wurde erstmals
Laseroszillation bei 1941nm beobachtet.
Wegen ihrer hohen Wärmeleitfähigkeiten, der großen Emissionswir-kungsquerschnitte sowie der außergewöhnlich weiten
Grundzustandsauf-spaltung besitzen Tm-dotierte Sesquioxide ein großes Potential für eine künftige Verwendung in
Hochleistungslasern mit Emissionswellenlängen bei 210-6m.
Crystals of the sesquioxides Y2O3, Sc2O3, and Lu2O3 were grown by the Czochralski method, the Nacken-Kyropoulos technique and the Bridgman method for the first time. The possibility of growing large crystals by gradient solidification techniques was demonstrated with the Bridgman method. Undoped as well as Tm3+ and Nd3+ doped Y2O3, Sc2O3, and Lu2O3 samples were prepared. Their spectroscopic characteristics and various physical properties regarding their application in lasers were determined. The research included the measurement of the heat conductivities of doped and undoped samples, the spectroscopic cross sections of the Tm3+ and the Nd3+ ion, the Judd-Ofelt parameters, and laser experiments. Undoped and doped sesquioxide crystals exhibit high thermal conductivi-ties which surpass the respective values of Y3Al5O12 samples with corres-ponding dopant concentrations. From this point of view Y2O3, Lu2O3 and Sc2O3 are attractive host materials for the use in high power lasers. Various new lasers with technically interesting emission wavelengths were realized. Laser oscillation was achieved in Nd:Lu2O3 at 951.5nm, 1077nm, 1358nm, and 1453nm, and in Nd:Sc2O3 at 966nm, at 1486nm, and simultanously at 1082nm and 1087nm for the first time. The emission wavelength of a Tm:Y2O3 laser could be tuned between 1930nm und 2090nm. The tuning range of a Tm:Sc2O3 laser was situated between 1955nm und 2160nm with a gap between 2030nm und 2090nm due to a high transmission of the output coupling mirrors in this region. Laser oscillation in a Tm:Lu2O3 sample with emission at 1941nm was observed for the first time. Because of the high thermal conductivities, the high emission cross sections, and the large Stark splittings of the ground state manifolds Tm doped sesquioxides are very promising candidates for a future use in high power lasers with emission wavelengths near 210-6m.