Tm3+离子掺杂氟铝酸盐玻璃红外及上转换光谱性质

制备了Tm^3 掺杂氟铝酸盐玻璃，以实测的吸收光谱使用Judd-Ofelt理论详细计算了Tm^3 在氟铝酸盐玻璃中的光谱参数，在此基础上研究了Tm^3 离子掺杂氟铝酸盐玻璃的上转换光谱性质和红外光谱性质。研究表明：在800nm激光二级管激发下，1.45μm（^3F4→^3H4)荧光浓度猝灭要明显强于1.77μm（^3H4→^3H6)荧光；在655nm激发下上转换荧光主要是由单个Tm^3 离子的步进二光子吸收过程所致。     

Tb，Tm：YVO4晶体的激光性能分析

Tm：YVO4和Tb，Tm：YVO4晶体中激活离子之间或激活离子与敏化离子间的交叉弛豫、与无辐射跃迁及激光上能级的辐射跃迁的几率是相近的，对这种双掺离子晶体的激光阈值理论估算式中必须同时考虑离子间交叉弛豫。从激活离子能级跃迁速率方程和激光、抽运光传输方程推导出端面抽运的包含交叉弛豫几率等光学参量的激光阈值的理论估算式。用这些方程讨论了Tm：YVO4和Tb，Tm：YVO4的1．5μm和1．9μm波长的激光性能，并论述了Tb3 离子的作用。结果表明。Tb3 离子的的掺入，增加1．5μm波段激光的强度，降低阈值能量，但对1.9μm波长激光有负面作用。     

Tb,Tm∶YVO4晶体的激光性能分析

Tm∶YVO4 和Tb ,Tm∶YVO4 晶体中激活离子之间或激活离子与敏化离子间的交叉弛豫、与无辐射跃迁及激光上能级的辐射跃迁的几率是相近的 ,对这种双掺离子晶体的激光阈值理论估算式中必须同时考虑离子间交叉弛豫。从激活离子能级跃迁速率方程和激光、抽运光传输方程推导出端面抽运的包含交叉弛豫几率等光学参量的激光阈值的理论估算式。用这些方程讨论了Tm∶YVO4 和Tb ,Tm∶YVO4 的 1 .5μm和 1 .9μm波长的激光性能 ,并论述了Tb3+ 离子的作用。结果表明Tb3+ 离子的的掺入 ,增加 1 .5μm波段激光的强度 ,降低阈值能量 ,但对1 .9μm波长激光有负面作用     

激光二极管抽运（Tm，Ho）：YLF微片激光器的实验研究

从理论上分析了准三能级(Tm，Ho)：YLF晶体的增益与温度关系，晶体温度的降低和长度的缩短有利于减小重吸收损耗对激光器运行性能的影响。在室温条件下，用2．7w波长为792nm激光二极管端面抽运Tm(原子数分数0．06)，Ho(原子数分数0．004．)：YLF微片激光器，阈值抽运功率为450W，当入射到晶体内的激光二极管功率为1．88W时，2μm激光最大输出功率为328mW，斜率效率为22．5％，光—光转换效率达17．4％。为达到激光最佳运行条件，还探讨了激光二极管波长，抽运光偏振方向以及晶体温度对Tm，Ho激光器性能的影响。     

Tm：YVO4晶体中Tm^3＋的发光研究

测量了Tm:YVO4晶体的吸收光谱,以346nm,363nm(^1D2),475nm(^1G4),698nm(^3F2,^3F3)和801nm(^3H4)光激发时的发射光谱,以及位于454nm(^1D2→^3F4),475nm(^1G4→^3H6),646nm(^1G4→^3F4),806nm(^3H4→^3H6)的荧光谱线的激发光谱,对测量的结果进行了详细分析,解释了离子能级间的跃迁过程,提出了Tm:YVO4晶体基质与Tm^3 之间的能量交换的概念和新的跃迁通道,证实了存在^1D2 ^3H6→^1G4 ^3F4以及^1G4 ^3H6→^3H4 ^3H5的能量传递过程,还可能存在交叉弛豫过程^1G4 ^H6→^3F2 ^3F4. 这些过程使得Tm:YVO4晶体难以实现^1D2能级上转换发光（454nm左右）,但475nm的上转换发光（^1G4→^3H6)较强,^3F4能级是潜在红外激光发射能级。     

激光二极管抽运(Tm,Ho):YLF激光器光谱特性实验分析

Ho：YLF晶体的^5I7和^5I8斯塔克能级分裂数较多。形成2047～2070nm宽的增益谱带,对于可调谐2μm激光及宽带激光放大器研究具有重要意义。理论上分析了(Tm,Ho)：YLF晶体的能级结构。并对晶体掺杂浓度和长度进行了优化。实验研究了激光二极管抽运微片Tm(原子数分数0．06)．Ho(原子数分数0．004)：YLF激光谱线可调谐特性。调谐范围2．0656～2．0671μm。利用(Tm,Ho)：YLF晶体的宽增益谱特性．将其作为激光二极管抽运激光放大器。成功地将2．048μm(Tm,Ho)：GdVO1激光功率放大了2．5倍。实验上测量了(Tm,Ho)：YLF晶体在强抽运条件下480～492nm及530～550nm可见波段的上转换蓝绿光荧光谱。     

激光二极管抽运(Tm,Ho)∶YLF激光器光谱特性实验分析

Ho∶YLF晶体的5I7和5I8斯塔克能级分裂数较多,形成2047~2070nm宽的增益谱带,对于可调谐2μm激光及宽带激光放大器研究具有重要意义。理论上分析了(Tm,Ho)∶YLF晶体的能级结构,并对晶体掺杂浓度和长度进行了优化。实验研究了激光二极管抽运微片Tm(原子数分数0.06),Ho(原子数分数0.004)∶YLF激光谱线可调谐特性,调谐范围2.0656~2.0671μm。利用(Tm,Ho)∶YLF晶体的宽增益谱特性,将其作为激光二极管抽运激光放大器,成功地将2.048μm(Tm,Ho)∶GdVO4激光功率放大了2.5倍。实验上测量了(Tm,Ho)∶YLF晶体在强抽运条件下480~492nm及530~550nm可见波段的上转换蓝绿光荧光谱。     

敏化离子Ce3+对Er3+∶YAG的1.6μm波长激光性能的影响

测定了Ce³⁺,Er³⁺∶YAG中Ce³⁺离子的吸收截面.用从能级跃迁速率方程和激光传输方程推出的表达式计算了1.6μm波长激光的阈值能量(功率)和斜率效率.表明在Ce³⁺,Er³⁺∶YAG中,Ce³⁺对Er³⁺离子的激光性能影响与激活离子Er³⁺的浓度、晶棒大小有关.短晶棒或浓度低的晶体加入Ce³⁺可降低Er 关键词：     

激光二极管抽运(Tm,Ho)∶YLF微片激光器的实验研究

从理论上分析了准三能级 (Tm ,Ho)∶YLF晶体的增益与温度关系 ,晶体温度的降低和长度的缩短有利于减小重吸收损耗对激光器运行性能的影响。在室温条件下 ,用 2 7W波长为 792nm激光二极管端面抽运Tm(原子数分数 0 .0 6 ) ,Ho(原子数分数 0 .0 0 4 )∶YLF微片激光器 ,阈值抽运功率为 4 5 0W ,当入射到晶体内的激光二极管功率为 1 88W时 ,2 μm激光最大输出功率为 32 8mW ,斜率效率为 2 2 5 % ,光 光转换效率达 17 4 %。为达到激光最佳运行条件 ,还探讨了激光二极管波长 ,抽运光偏振方向以及晶体温度对Tm ,Ho激光器性能的影响。     

掺Tm3+有机-无机复合材料的合成及光谱参数计算

以正硅酸乙酯与γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷为前驱体,应用溶胶-凝胶技术,合成了Tm3+离子掺杂的有机-无机复合材料。从吸收光谱特性出发,应用Judd-Ofelt理论,计算得到了Tm3+离子的J-O强度参量(Ω2,Ω4,Ω6)及Tm3+离子各激发能级的自发辐射跃迁概率、荧光分支比及辐射寿命等光谱参量。根据McCumber理论计算了Tm3+离子能级3H6←→3F4(1.8μm)跃迁的吸收截面和受激发射截面,同时,根据所获得的吸收截面、发射截面以及掺杂离子浓度等参数获得了Tm3+离子在凝胶玻璃中的增益截面函数。与其它玻璃掺杂基质比较可知,Tm3+掺杂的有机改良硅酸盐玻璃在～1.8μm和～2.0μm波段的中红外激光中有潜在的应用前景。     

K2YF5:Tm3+单晶的光谱和能级结构

在12K的温度下，测量了水热法生长的K2YF5：Tm^3 单晶的发射和吸收光谱，分析了高掺杂样品中Tm^3 离子间的交叉弛豫行为。用最小二乘法对实验能级进行拟合计算，得到了较好的均方差：18cm^-1。此外。文中还给出了K2YF5：Tm^3 共振激发下^1D2和^1G4能级寿命的测量结果。并分析和讨论了掺杂量对能级寿命的影响。     

Yb：YAG晶体的热学性质及其对激光性能的影响

对于中频感应加热提拉法（Czochralski Method)生长的高掺杂浓度（原子数分数0.30)Yb:YAG晶体，经退火后采用差示扫描量热计法测量了晶体的比热容，通过激光脉冲法测量了不同掺杂浓度（原子数分数0.05-0.30Yb:YAG晶体的热扩散率和热导率。实验表明，随着Yb^3 离子浓度增加，Yb:YAG晶体在300K温度下的导热性能有明显的降低。原子数分数为0.30的Yb:YAG晶体的激光实验表明，高掺杂浓度Yb:YAG晶体热导率的降低导致了激光阈值的增加。     

Analysis of the laser performance of Tm3+, Tb3+(Ho3+):YVO4 crystals at ～1.5μm wavelength

The absorption spectra of Tb,Tm:YVO_4 and Ho,Tm:YVO_4 are measured. The radiant and non-radiant transition probabilities from higher level to lower level, A_{i,j} and ω_{i,j}, and the cross-elaxation probability are calculated in virtue of Judd－Ofelt and Dexter theories. The fluorescence lifetime of Tm^{3+} in the Tb^{3+} (or Ho^{3+}) co-doped crystal is calculated. It indicates that the lifetime of initial level {}^3H_4 of the laser transition can be shorter than that of terminal level {}^3F_4 of the transition if the atomic percentage of Tb^{3+} (or Ho^{3+}) ions is bigger than about 1 at%: namely, by means of the co-doping Tb^{3+} (or Ho^{3+}) ions the self-termination phenomenon of laser light can be eliminated. Inserting the optic parameters to the formula deduced here on the laser threshold power P^{(4)}_{th} and the slope efficiency η^{(4)}_s of the four-energy-level system, we obtain the relationship of threshold power P^{(4)}_{th} to the concentration of Tm^{3+} ions and discuss the effect of Tb^{3+} (or Ho^{3+}) ion concentration on the laser threshold power P^{(4)}_{th} around 1.5μm wavelength. The result shows that Tb,Tm:YVO_4 crystal is a better choice to make the laser at ～1.5μm wavelength than Ho,Tm:YVO_4 crystal. We give the appropriate composition of (1－2) at% Tb, (1－2) at% Tm:YVO_4, just for reference.     

激光二极管纵向抽运（Tm，Ho）：YLF激光器的研究

对激光二极管端面抽运(Tm，Ho)：YLF固体激光器的激光特性进行了研究。根据激光二极管抽运准三能级系统的特性，详尽地分析了能量在Tm^3 离子和Ho^3 离子之间的传递过程，给出了(Tm，Ho)：YLF激光器准三能级的速率方程，对上转换及激光下能级粒子再吸收对激光二极管抽运(Tm，Ho)：YLF激光器运转的影响进行了理论分析，得出了(Tm，Ho)：YLF激光器的阈值抽运功率和斜率效率的解析表达式。同时对(Tm，Ho)：YLF微片激光器的激光特性进行了实验研究，当保持晶体温度为19℃时，阈值抽运功率为425mW，斜率效率为22．5％，最大光—光转换效率为17．4％，并且在将晶体保持在四个不同的温度下，给出了激光输出功率随抽运功率变化的实验结果。将理论与实验结果进行比较，发现吻合得比较好。     

Yb∶YAG晶体的热学性质及其对激光性能的影响

对于中频感应加热提拉法 (CzochralskiMethod)生长的高掺杂浓度 (原子数分数 0 30 )Yb∶YAG晶体 ,经退火后采用差示扫描量热计法测量了晶体的比热容 ,通过激光脉冲法测量了不同掺杂浓度 (原子数分数 0 0 5～ 0 30Yb∶YAG晶体的热扩散率和热导率。实验表明 ,随着Yb3+ 离子浓度增加 ,Yb∶YAG晶体在 30 0K温度下的导热性能有明显的降低。原子数分数为 0 30的Yb∶YAG晶体的激光实验表明 ,高掺杂浓度Yb∶YAG晶体热导率的降低导致了激光阈值的增加     

端抽运Yb3+:YVO4激光准三能级理论模型研究

立足于Yb离子能级结构、谐振腔增益损耗和布居数分配情况, 利用爱因斯坦辐射理论和速率方程理论, 建立了适合Yb³⁺离子激光的准三能级理论模型. 该模型引入有效腔长增益贡献因子对腔内光强进行了从头计算, 获得了阈值方程. 利用此模型与Yb激光的实验结果相比较, 发现有效腔长对增益的贡献可以改变腔内损耗和粒子数反转的概率, 也继而影响激光阈值和输出功率效率. 应用于LD端抽运Yb³⁺:YVO₄激光实验中, 在971 nm LD抽运, 有效晶体长度 L=1 mm, 输出镜透过率对激光波长1016 nm为1%条件下, 获得阈值为1.1 W; 有效晶体长度L=2 mm, 输出镜透过率为10%条件下, 阈值获得为3.9 W. 关键词： 3+:YVO₄')" href="#">Yb³⁺:YVO₄ 准三能级模型 有效腔长增益贡献因子     

Tb掺杂氟化铅晶体的发光特征

用非真空Bridgman方法制备了掺有Tb杂质的氟化铅（PbF2:Tb)晶体,闯杂浓度从0.008at.%至0.6at.%。在室温下测量了该晶体的吸收和发射光谱,发现该晶体在X－射线和紫外线激发下均能够发出比较强的荧光。FbF2:Tb晶体的光吸收起源于Tb^3 离子的4f-4f跃迁,而其光发射则源于Tb^3 离子的电子分别从其激发态^5D3和^5D4能级路迁到基态^7Fj(J=6,5,4,3,2)。 荧光强度随掺杂浓度的提高而提高,当Tb^3 离子浓度较低时,以^5D3→^7FJ跃迁发射为主,当Tb^3 离子浓度较高时,则以^5D4→^7FJ跃迁发射为主。在同一晶体中,发光强度随中心所占晶格位置的改变而改变,反映出Tb^3 离子在PbF2晶体中的分布具有分凝系数大于1的特征。推测Tb^3 离子在PbF2晶体中占据Pb格位,同时产生间隙F^-离子缺陷来平衡电价。     

掺镱飞秒激光晶体研究进展

飞秒激光在军事、医学、通讯、加工等领域有着重要应用,已经成为新世纪激光技术领域的研究热点。得益于激光二极管(LD)的快速发展,以LD作为泵浦源成为新型全固态飞秒激光器的发展趋势。Yb^3+离子掺杂的激光晶体材料因其独特的能级结构、宽带吸收与发射等优势,逐渐成为LD直接泵浦并实现1.0μm飞秒激光输出的重要增益介质。详细总结了当前掺Yb^3+飞秒激光晶体的研究进展,分析了目前存在的主要问题,给出了未来飞秒激光晶体发展的两个建议方向:高效率小功率飞秒激光和大功率高能量飞秒激光。以Yb^3+:Sr3Y2(BO3)4晶体为例,详细研究了其晶体生长、光谱、连续与飞秒激光性能,并实现了中心波长在1060 nm处脉宽为116 fs,平均输出功率为1.08 W,光光转换效率为33.1%的高效率飞秒激光输出,表明Yb^3+:Sr3Y2(BO3)4及其同体系晶体是一类优异的高效率飞秒激光材料。     

Tm3+掺杂的MFT玻璃蓝色荧光动力学

测量了Tm^3 掺杂的MFT玻璃材料的吸收光谱，J－O计算给出了该材料的光学跃迁强度参数Ωt(t=2,4,6)。测量了355nm激发下该材料的发射光谱，通过测量不同掺杂浓度Tm^3 的^1D2→^3H4和^1G4→^3H6荧光衰减曲线讨论了这两个能级寿命及荧光量子效随浓度的变化关系，计算当Tm^3 浓度的4％时引起^1D2和^1G4荧光猝灭的能量传递效率。指出了^1D2→^3H4的荧光猝灭属于电偶极－电偶极相互作用的能量传递所导致。     

激光晶体YAG中Er3+的辐射跃迁

本文讨论和分析了激光晶体YAG中Er3+离子的激光上能级的4S3/2、4I11/2和4I13/2辐射跃迁的有关因素。