Growth and Spectral Properties of Yb∶YAP Crystal Fibers

doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0175

Abstract

Abstract: Yb³⁺-doped YAlO₃ （Yb∶YAP） crystal fibers with different doping concentrations were successfully grown using the micro-pulling-down method. X-ray diffraction （XRD） characterization verified their orthorhombic crystal structure. Absorption spectra， fluorescence spectra and fluorescence decay curves were systematically measured at room temperature. For the 2.00% （atomic fraction） doped sample， the absorption cross-section at 978 nm reaches 1.14×10^-20 cm²， while the maximum emission cross-section at 1 000 nm is 1.39×10^-20 cm²， showing good spectral compatibility with commercially available laser diodes. The measured ²F_5/2 level lifetime for 0.25%， 0.50%， 1.00%， 2.00% and 5.00%Yb∶YAP crystal fibers are 587， 604， 682， 705 and 698 μs， respectively. These results collectively indicate that Yb∶YAP crystal fibers are promising gain media for ultrafast laser applications.

Key words: micro-pulling-down method; crystal fiber; Yb∶YAP; crystal growth; spectral property

CLC Number:

O734

WANG Chen, ZHANG Jiawei, ZHANG Huali, ZHOU Shenglang, LIU Longxin, JIANG Zhengyuan, ZHANG Jun, LIU Jian, XU Xiaodong, XU Jun. Growth and Spectral Properties of Yb∶YAP Crystal Fibers[J]. Journal of Synthetic Crystals, 2026, 55(1): 46-51.

Figures/Tables 10

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Crystal	a/Å	b/Å	c/Å
YAP	5.329 1	7.370 2	5.178 1
0.25%Yb∶YAP	5.325 5	7.365 8	5.173 7
0.50%Yb∶YAP	5.319 2	7.360 1	5.168 2
1.00%Yb∶YAP	5.309 3	7.351 8	5.158 4
2.00%Yb∶YAP	5.289 7	7.330 3	5.139 2
5.00%Yb∶YAP	5.229 1	7.270 8	5.078 0

Crystal	a/Å	b/Å	c/Å
YAP	5.329 1	7.370 2	5.178 1
0.25%Yb∶YAP	5.325 5	7.365 8	5.173 7
0.50%Yb∶YAP	5.319 2	7.360 1	5.168 2
1.00%Yb∶YAP	5.309 3	7.351 8	5.158 4
2.00%Yb∶YAP	5.289 7	7.330 3	5.139 2
5.00%Yb∶YAP	5.229 1	7.270 8	5.078 0

Crystal	Yb concentration/%	Growth method	σ_abs/（10^-20 cm²）	σ_em/（10^-20 cm²）	Fluorescence lifetime/µs	Reference
Yb∶YAP	0.25	μ-PD	1.01@978 nm	0.58@1 020 nm	587	This work
	0.50		1.08@978 nm	0.51@1 020 nm	604
	1.00		1.09@978 nm	0.54@1 020 nm	682
	2.00		1.14@978 nm	0.58@1 020 nm	705
	5.00		1.22@978 nm	0.59@1 020 nm	698
Yb∶YAP	5	Cz	0.94@977.8 nm （E//a）	0.61@1 020 nm （E//b）	—	［13］
Yb∶YAG	10	Cz	0.80@941 nm	1.86@1 031 nm	1 080	［21］
Yb∶YScO₃	3	Cz	3.83@975 nm	1.74@1 039 nm	1 070	［27］
Yb∶GLSO	5	Cz	0.70@975 nm	0.68@1 030 nm	2 440	［28］
Yb∶CLNGG	5	Cz	1.84@972.2 nm	1.13@1 027 nm	782	［29］

Crystal	Yb concentration/%	Growth method	σ_abs/（10^-20 cm²）	σ_em/（10^-20 cm²）	Fluorescence lifetime/µs	Reference
Yb∶YAP	0.25	μ-PD	1.01@978 nm	0.58@1 020 nm	587	This work
	0.50		1.08@978 nm	0.51@1 020 nm	604
	1.00		1.09@978 nm	0.54@1 020 nm	682
	2.00		1.14@978 nm	0.58@1 020 nm	705
	5.00		1.22@978 nm	0.59@1 020 nm	698
Yb∶YAP	5	Cz	0.94@977.8 nm （E//a）	0.61@1 020 nm （E//b）	—	［13］
Yb∶YAG	10	Cz	0.80@941 nm	1.86@1 031 nm	1 080	［21］
Yb∶YScO₃	3	Cz	3.83@975 nm	1.74@1 039 nm	1 070	［27］
Yb∶GLSO	5	Cz	0.70@975 nm	0.68@1 030 nm	2 440	［28］
Yb∶CLNGG	5	Cz	1.84@972.2 nm	1.13@1 027 nm	782	［29］