Tm3+掺杂材料激光冷却的研究

固体材料的激光制冷又称反斯托克斯荧光制冷,是近年来刚兴起的全光学制冷技术。该技术的核心问题是制冷材料的选择。以Tm^3＋掺杂离子为例,从理论上分析了最小制冷能级间距与激光抽运速率的关系,研究了不同抽运速率下制冷功率与能级间距的关系以及热-光转换效率与能级间距的关系,获得了最佳热-光转换效率与抽运速率的关系。结果表明,最小的制冷能级间距约为4500cm^-1,能级间距在5000～6000cm^-1的宽度是比较合适的。最后探讨了Tm^3＋掺杂材料用于激光冷却的可行性,许讨论了制冷基体材料的合理选择问题。     

激光应用 其他应用

TN2492006010252Tm3 掺杂材料激光冷却的研究=Research on laser cool-ing in thulium-doped materials[刊,中]/贾佑华(华东师范大学物理系,光谱学与波谱学教育部重点实验室.上海(200062)),印建平∥光学学报.—2005,25(10).—1375-1379以Tm3 掺杂离子为例,从理论上分析了最小制冷能级间距与激光抽运速率的关系,研究了不同抽运速率下制冷功率与能级间距的关系以及热-光转换效率与能级间距的关系。获得了最佳热-光转换效率与抽运速率的关系,结果表明,最小的制冷能级间距约为4500cm-1,能级间距在5000~6000cm-1的宽度是比较合适的。最后探讨了…     

单分子-光子制冷泵的热力学行为

通过对发生光跃迁时的声子参与频度、热光转换效率以及制冷效率的研究,从理论上描述了单分子-光子泵的热力学行为.利用热分布次数作为热分布时间的衡量尺度,研究了单分子光子泵的制冷效率,得出了与其他研究者的实验曲线相符合的理论计算结果.解释了制冷功率随波长变化曲线在制冷区发生弯曲的原因.研究了单分子-光子泵的最大制冷效率,从理论上确定了引起制冷效率最大的激发波长位于单分子-光子泵吸收带红边的四分之一处.得出只有晶体材料才可能获得最大制冷效率的结论 关键词： 单分子 制冷泵 激光制冷 反Stokes荧光制冷     

激光染料的反斯托克斯荧光制冷计算

从理论上研究了具有分子振动能级结构的激光染料分子的反斯托克斯荧光制冷总是根据吸收光谱和荧光发射谱,对Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ１０１溶液的反斯托克斯我制冷有力进行了数值计算,得到了用该种材料实现激光制冷的条件与制冷效率相关的曲线。     

单分子-光子制冷泵的热力学行为(Ⅰ)

建立了一般意义上的单分子－光子泵模型,并用计算机模拟了在不同能量的光子激发下单个分子作为制冷泵时的量子跃迁过程,研究了单分子－光子泵处于基态和激发态时的热激发过程以及在发生荧光辐射时的声子参与情况,得出了基态具有较强的制冷能力的结论。基态和激发态在光吸收和发射过程中热力学效应是不同的,因此在选择反斯托克斯芝光制冷材料时,发光中心的基态能级劈裂更具重要性。     

Tm3+ 掺杂ZrF4 -BaF2 -LaF3 -AlF3 -NaF-PbF2玻璃激光制冷中荧光再吸收效应的理论分析

固体材料的激光制冷是近年来发展起来的一个新的研究领域. 掺Tm³⁺的ZrF₄-BaF₂-LaF₃-AlF₃-NaF-PbF₂(ZBLANP)玻璃材料是激光冷却的典型材料之一. 与另一种制冷掺杂离子Yb³⁺相比,Tm³⁺具有更好的制冷潜力. 目前制约材料制冷的一个主要机理就是荧光再吸收. 首先根据Tm³⁺:ZBLANP的光谱参数,利用半经典的随机行走模型得到了不同情况下的平均荧光再吸收次数,随后分析了荧光光子界面出射的全反射效应,并对所得结果进行了修正. 计算结果表明,荧光再吸收会导致量子效率降低0.5%-1%,出射荧光波长红移达到2-10 nm,激光制冷的效率和功率降低. 为了有利于荧光出射和净制冷的实现, 宜采用小体积细长棒的制冷元. 关键词： 激光制冷 稀土离子 荧光再吸收     

0．35μm激光─铝靶x射线转换效率测量和简化模型

利用“星Ⅱ”０．３５μｍ激光（能量２０Ｊ～９０Ｊ，焦斑Φ～２００μｍ，脉冲宽度４００ｐｓ～８００ｐｓ）辐照铝靶，得到了对于不同激光功率密度亚千Ｘ光转换效率，并提出了一个简化理论模型，来解释０．３５μｍ激光辐照铝靶ｘ光转换效率。在这个模型中，由于热传损失激光能量，因此对于低功率密度激光，ｘ光转换效率较低，同时对于高功率密度激光，由于等离子体喷射损失激光能量，因此转换效率也较低。这样存在某合适的激光功率，这时ｘ光转换效率达到最大值。     

能量传递制冷机制中激光制冷的最佳泵浦频率和最大制冷效率

在能量传递型激光制冷中,对于非均匀线宽比较窄的情况,引起最大制冷效率的激发光频率不随温度的变化而变化最大制冷效率与温度呈三次暴的关系。对于非均匀线宽比较宽的情况。随着温度的降低,最佳激发光频率与非均匀线形的中心频率差越来越大,并在较低的温度下迅速拉大它们间的距离。由能量传递机制所引起的荧光制冷最大效率也随着温度的降低而越来越低,并在最后趋于零。它们随温度的降低而降低的规律与实验中得到的结论相符合。     

反斯托克斯荧光制冷的研究进展与综述

反斯托克斯荧光制冷（Ａｎｔｉ－Ｓｔｏｋｅｓ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｃｏｏｌｉｎｇ）也被称为激光制冷（Ｌａｓｅｒ Ｃｏｏｌｉｎｇ）。自１９９５年以来,该项研究取得了飞速的发展。上前人们利用激光制冷的方法已经得到了比家用冰箱冷冻室还低的温度,并能够利用半导体量子阱材料得到低于液氮温区的降温。由于这项技术具有全光性,它的制冷器具有体积小、重量轻、无电磁辐射、无振动、无噪声等特点,因此也就具有非常诱人的     

热透镜效应对半整块腔型中二次谐波过程的影响

二次谐波过程是制备高功率、宽波长范围激光的有效途径.在二次谐波过程中,晶体的热透镜效应是限制转换效率进一步提高的重要因素,热透镜效应对二次谐波转换效率的影响随着基频光功率的增大而加剧.本文理论分析了不同半整块腔型中热透镜效应对转换效率的影响关系;实验上搭建了两种腔型进行高效外腔倍频制备532 nm激光,测量其倍频转换效率随基频光功率的变化关系.对于平凹型半整块腔,在输入光功率为800 mW时,产生747 mW的532 nm激光输出,得到最佳的转换效率为93.4%±3%;对于双凹型半整块腔,在输入光功率为600 mW时,产生529 mW的532 nm激光输出,得到的最佳转换效率为88.2%±3%.研究表明,热透镜效应对双凹型半整块腔的转换效率影响相对较大,且随着腔内损耗的增加而加剧;相比于双凹型半整块腔,平凹型结构可以实现更高效的倍频转换.本文的理论及实验结果可在量子信息科学、光学频率计量以及生物医学等领域的研究中发挥重要作用.     

Tm3+掺杂光纤激光制冷的理论分析

近年来，掺Tm³⁺：ZBLANP玻璃已成为固体材料激光冷却领域中最有希望的新材料之一，但有关掺Tm³⁺：ZBLANP光纤的激光冷却尚未见到理论研究与实验报道.本文采用一个简单的理论模型，就Tm³⁺：ZBLANP光纤的激光冷却进行了理论研究与分析，讨论了量子效率、抽运功率、背景吸收、出射荧光波长变化和环境黑体辐射等对激光制冷效果的影响，得到了一些有趣的重要结果，可为掺Tm³⁺：ZBLANP光纤的激光冷却实验提供可靠的理论 关键词： 固体激光冷却 反斯托克斯荧光 3+：ZBLANP光纤')" href="#">掺Tm³⁺：ZBLANP光纤     

激光冷却OH分子的理论研究

采用高精度的多参考组态相互作用方法计算OH分子基态和第一激发态的势能曲线.为获得更精确的计算结果,在计算过程中考虑Davidson修正、标量相对论效应、核价相关效应和自旋轨道耦合效应.基于计算的Λ-S和?态的势能曲线,对一维径向薛定谔方程进行数值求解,得到各个电子态的光谱数据,与已报道的实验值和理论值相符合.获得OH分子的永久偶极矩、跃迁偶极矩、振动能级、Franck-Condon因子及辐射寿命,结果表明,A~2Σ~+→X~2Π跃迁具有高度对角化的Franck-Condon因子(0.9053)和短的辐射寿命(5.8363×10~(-7)s),符合激光冷却分子的条件.制定了激光冷却OH分子的具体方案,计算得到激光冷却跃迁A~2Σ~+→X~2Π所需的三束激光波长,主光束波长为307.1532 nm,两束重抽运激光波长为344.9163和349.7659 nm.计算结果为超冷OH分子的实验制备提供重要的理论依据.     

Optimized Peltier cooling via an array of quantum dots with stair-like ground-state energy configuration

With the advancement in fabrication and scaling technology, the rising temperature in nano devices has attracted special attention towards thermoelectric or Peltier cooling. In this paper, I propose optimum Peltier cooling by employing an array of connected quantum dots with stair-like ground-state eigen energy configuration. The difference in ground state eigen energy between two adjacent quantum dots in the stair-like configuration is chosen to be identical with the optical phonon energy for efficient absorption of lattice heat. I show that in the proposed configuration, for a given optical phonon energy, one can optimize the cooling power by tuning the number of stages in the array of quantum dots. A further analysis demonstrates that the maximum cooling power at a given potential bias under optimal conditions does not depend strongly on the optical phonon energy or the number of stages at which the maximum cooling power is achieved, provided that the optical phonon energy is less than kT. The proposed concept can also be applied to $2?D$ or bulk resonant tunnel and superlattice structures with stair-like resonant energy configuration.     

原子冷却技术的发展

新的物理现象的发现往往得益于新实验技术的发明,制冷技术的进步推动了包括凝聚态物理学和原子物理学等现代科学多个领域的重要发现,并促进了超导强磁铁、冷冻电镜等需要极低温度条件的新技术的发展.近年来,随着激光冷却技术的发明和不断发展,人们得以在极端低温下开展统计力学和量子力学相关的实验研究,迄今,人们已经实现了玻色-爱因斯坦凝聚态这种新奇的物态,并掌握了在单原子尺度开展量子调控研究的能力.同时,由于描述量子多体系统的希尔伯特空间的维度随系统粒子数呈指数增长,即便使用经典超级计算机处理此类问题也仍面临巨大困难,这使得基于超冷原子、离子、超导等体系的量子模拟研究成为热点.人们通过前所未有的调控能力制造人工量子系统,再直接调控并观测其量子相变过程,这为研究强关联量子系统提供了一条崭新的途径.在获得极限低温的道路上,基于热力学定律的传统制冷技术能够达到的温度极限在mK量级,但激光冷却技术却另辟蹊径,巧妙地运用光与原子的相互作用,将原子的温度降低到nK量级,这大大推动了基于超冷原子的量子模拟研究的发展.尽管激光冷却技术获得的超冷原子的温度是传统制冷技术远不能及的,但由于中性原子间相互作用强度很弱,转换...     

窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的理论模型和数值分析

窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器在非线性频率变换、遥感探测和量子信息等领域有广泛的应用前景.综合考虑受激拉曼散射(stimulated Raman scattering,SRS)、受激布里渊散射(stimulated Brillouin scattering,SBS)、自相位调制(self-phase modulation)和交叉相位调制(cross-phase modulation)等非线性效应,建立了窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的非线性动力学模型.仿真分析了放大器中脉冲激光的时频演化特性,对比研究了抽运脉冲宽度、光纤长度和信号光功率等因素对放大器性能的影响.研究发现,上述因素会影响放大器的SRS阈值、SBS阈值、输出激光线宽、激光转换效率等.例如,当脉冲宽度为800 ns时,SBS随着抽运功率的增加而发生,限制了激光功率的提升;减短抽运脉宽可以抑制SBS,但是输出激光的线宽易于展宽到数百MHz以上;增加光纤长度可以获得更低的SRS阈值和更高的转换效率,但是SBS效应和光谱展宽程度也随之增强.系统搭建中需要平衡各非线性效应,选择合适的系统参数.研究内容可以为窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的设计搭建提供参考.     

Enhanced Laser Cooling of Rare-Earth-Ion-Doped Glass Containing Nanometer-Sized Metallic Particles

The enhanced laser cooling performance ofrare-earth-ions-doped glasses containing small particles is predicted. Thisis achieved by the enhancement of local field around rare earth ions, owingto the surface plasmon resonance of small metallic particles. The role ofenergy transfer between ions and the particle is theoretical discussed.Depending on the particle size and the ion emission quantum efficiency, theenhancement of the absorption and the fluorescence is predicted. Moreover,taking Yb³⁺-doped ZBLAN as example, the cooling power and heat-lightconverting efficiency are calculated. It is finally concluded that theabsorption and the fluorescence are greatly enhanced in these compositematerials, the cooling power is increased compared to the bulk material.