安光所在2.7~3微米中红外晶体制备及激光性能研究方面取得新进展
日期：
2024-04-03
浏览次数:
97
近期，中国科学院合肥物质院安光所孙敦陆研究员课题组在2.7~3微米波段中红外晶体制备及激光性能研究方面取得一系列新进展，相关研究成果分别以《Ho,Pr:YAP晶体的热学、光谱及~3微米连续激光性能》、《Er:YGGAG晶体的结构、光谱与激光性能》和《LD侧面泵浦YSGG/Er:YSGG/YSGG晶体实现28.02瓦的2.8微米连续激光》为题发表在光学领域国际知名期刊Optics Express上，第一作者分别为乔阳博士研究生、陈玙威博士研究生和张会丽副研究员。2.7~3微米中红外激光处于水分子的强吸收带，在生物医疗、光学遥感及非线性光学等领域有着广泛的应用前景。稀土离子Ho3+(钬离子)通过5I6至5I7的辐射跃迁，可产生3微米附近波段中红外激光。然而，Ho3+的激光下能级5I7的荧光寿命较长，容易产生自终止效应，不利于实现激光上、下能级之间的粒子数反转。针对这一问题，我们提出提高激活离子Ho3+的掺杂浓度，同时共掺适量能级耦合离子Pr3+(镨离子)，以降低Ho3+激光下能级寿命，抑制自终止效应。采用熔体提拉法，成功生长出了4 at.% Ho3+、0.1 at.% Pr3+共掺YAP晶体，系统开展了晶体结构、晶体质量、热学、光谱及其激光性能的研究。由于退激活离子Pr3+的掺入，其激光下能级寿命由5.391毫秒降至1.121毫秒，同时激光上能级寿命变化较小，表明共掺Pr3+能够有效抑制自终止效应，有利于降低激光阈值、提高激光性能。采用1150纳米拉曼光纤激光器端面泵浦，在Ho,Pr:YAP晶体上实现了最大平均功率502毫瓦的~3微米连续激光输出，相应的斜效率为6.3%。与Ho:YAP晶体相比，其激光阈值降低，最大输出功率及效率均得到了提高。稀土离子Er3+(铒离子)通过4I11/2至4I13/2的辐射跃迁，也可实现2.7-3微米中红外激光输出。石榴石结构的YAG晶体，具有良好的热学和光学性能，是性能优异的基质晶体。提出通过掺入适量的Gd3+(钆离子)和Ga3+(镓离子)分别取代基质中的Y3+(钇离子)和Al3+(铝离子)，使得晶体无序度增加，导致荧光发射带非均匀展宽。采用熔体提拉法首次成功制备了高光学质量的30 at.% Er:YGGAG晶体，其在2786~2819纳米波段展现出了宽的荧光发射带，表明该晶体有利于实现可调谐超快激光。采用969纳米激光二极管(LD)端面泵浦，在重复频率400赫兹、脉宽600微秒条件下，实现了平均功率506毫瓦的~2.8微米激光输出，相应的斜效率和光-光转换效率分别为16.9%和12.4%，光束质量M2因子为1.53/1.39。结果表明，具有宽谱带的Er:YGGAG晶体是一种潜在的~2.8微米可调谐超快激光增益介质。目前，LD泵浦Er:YSGG晶体的中红外脉冲激光已高达数十瓦，而连续激光输出功率仅有瓦级，采用连续LD侧面泵浦有望进一步提高连续激光输出功率。由于在激光运转过程中，激光增益介质内部会产生温度梯度，导致产生各种热效应，限制了激光输出功率和效率的提高。我们通过在Er:YSGG晶体棒的两端键合高热导率的未掺杂YSGG晶体作为端帽，以改善热效应。采用978纳米LD侧面泵浦YSGG/Er:YSGG/YSGG键合晶体，实现了最大平均功率28.02瓦的~2.8微米连续激光输出，这是目前报道的在氧化物晶体中获得最高功率的~2.8微米连续激光输出，相应的斜效率和光-光转换效率分别为17.55%和12.29%。其最大功率和斜效率均高于相同泵浦条件下的未键合Er:YSGG晶体，表明键合可有效改善热效应，提高激光性能。实验测试并理论计算了LD侧面泵浦未键合Er:YSGG晶体和YSGG/Er:YSGG/YSGG键合晶体在不同泵浦功率下的热焦距，结果表明，YSGG/Er:YSGG/YSGG键合晶体更适于在高泵浦功率下工作。以上研究工作得到了国家自然科学基金、替代专项、安徽省自然科学基金和合肥物质院院长基金的支持。
Hot News
/
相关推荐
2024
-
12
-
26
点击次数:
68
2024年12月15日下午，上海稀土聚氨酯硅酸盐协会联合党支部在上海师范大学化学楼会议室召开党员大会，会议由支部书记吴建思主持，联合支部周襄瑶、高爱根、陈奕睿、杨利锋、崔中倪全体党员出席。会上，全体党员通过聆听报告，观看视频等多种形式的学习方式，认真学习领会2024年中央经济工作会议的会议精神，以及《必须坚持守正创新》、《深入推进党的自我革命》等重要文章的主要内容，还对联合支部今年工作总结及明年工...
2024
-
12
-
26
点击次数:
136
2024年12月15日下午，上海稀土聚氨酯硅酸盐协会联合党支部在上海师范大学化学楼会议室召开党员大会，会议由支部书记吴建思主持，联合支部周襄瑶、高爱根、陈奕睿、杨利锋、崔中倪全体党员出席。会上，全体党员通过聆听报告，观看视频等多种形式的学习方式，认真学习领会2024年中央经济工作会议的会议精神，以及《必须坚持守正创新》、《深入推进党的自我革命》等重要文章的主要内容，还对联合支部今年工作总结及明年工...
2024
-
12
-
26
点击次数:
58
来源：中国科学院新疆理化技术研究所双折射率是双折射晶体及非线性光学晶体的关键参数，它在调制光的偏振和实现角度相位匹配方面发挥着不可或缺的作用。目前，仅有少数几种双折射材料被商业化应用，包括MgF2、α-BaB2O4（α-BBO）、CaCO3、YVO4、TiO2和LiNbO3。它们双折射率范围为0.012~0.256。因此迫切需要寻找具有显著光学各向异性的双折射材料。然而，相较于庞大的材料设计空间，...
2024
-
12
-
26
点击次数:
73
来源：西安交通大学氮化物基发光二极管（LED）可广泛应用于照明、显示及通信领域。其中，光源的线偏振特性作为一项关键的功能扩展，为显示背光、3D成像、信息加密和生物医学诊断等领域开辟了全新的应用路径。然而，现有的在c平面蓝宝石衬底上外延生长的LED普遍被视为非偏振光源，偏振消光比（ER）极低，难以满足应用需求。研究发现，通过在LED表面集成线偏振光学结构可以提高ER，这些结构作为模式选择层提取横向磁...