基于扫描振镜及数字微镜显示器控制的静态体三维显示系统

本文介绍了一种波长宽、响应快的静态体三维显示系统,包括显示介质、控制系统及激光系统三部分。实验中,选取具有双频上转换效应的NaYF4∶Er@NaGdF4∶Yb@NaYF4∶Er纳米晶溶液作为显示介质。控制系统选用1024×768的数字微镜显示器（DMD）及扫描振镜对红外激光进行投影,使用成像光学软件将立体图像的二维切片转换为DMD/扫描振镜的控制信号。激光系统选用1550 nm和850 nm的红外激光,用适当的光学元件调整光束和光路。最终在纳米晶的环己烷溶液中（1 mmol/mL）以30×1024×768的分辨率实现了绿色（532 nm）三维图像体的快速扫描,图像无闪烁、深度线索自然、可360°观看。该显示系统对材料性能要求不高,搭建方便,显示效果明显,为上转换材料在三维显示领域的初步研究及大尺寸体三维显示技术的探究提供了参考。     

高效全固化263nm紫外激光脉冲的产生

运用半导体泵浦的Nd:YLF调Q倍频激光器输出的527nm波长激光和BBO晶体直接进行了外腔谐波倍频的实验研究.采用较小的基波光束尺寸和长聚焦相结合的方法实现了高效全固化263nm紫外激光脉冲的大功率输出.基波功率为6.0W时,紫外263nm激光输出780mW,转换效率达13%,实验中还发现紫外输出光束质量很好.     

1 520 nm激光激发的Er(0.5):FOG材料的上转换发光与立体显示研究

立体显示为现代重要的科学前沿。上转换三维立体显示为一种新颖的自体视三维立体显示,在1996年被评为十大科技创新成就之一,现正向应用快速发展。研究了1 520 nm半导体激光激发的Er(0.5):FOG材料的上转换发光,发现了(407.43, 411.20 nm), (522.51m, 528.57 nm), (540.53m, 543.70,549.00 nm), (654.75m, 665.50 nm), 和802.10m nm的上转换发光(m代表主峰),依次为(2G4F2H)_9/2→4I_15/2, 4H_11/2→4I_15/2, 4S_3/2→4I_15/2, 4F_9/2→4I_15/2和4I_9/2→4I_15/2的跃迁。值得注意的是上转换发光强度随激光功率变化的双对数曲线的斜率有各种各样的值。通过详细研究发现(407.43, 411.20 nm)的(2G4F2H)_9/2→4I_15/2上转换发光是四光子荧光;(522.51m, 528.57 nm)的2H_11/2→4I_15/2,(540.53m, 543.70,549.00 nm)的4S_3/2→4I_15/2和(654.75m, 665.50 nm)的4F_9/2→4I_15/2的上转换发光为三光子荧光;而802.10m nm的4I_9/2→4I_15/2上转换发光为双光子荧光。很明显从基态4I_15/2到第一激发态的吸收很大,因为它的振子强度f和与1 520 nm激光的匹配都很好,随后的起源于第一激发态的能量传递和相继吸收都很易于发生,这导致了1 520 nm激光激发下的Er(0.5): FOG材料的丰富和有意义的上转换发光现象。     

银表面等离子体对掺铒铋化物发光玻璃中978和1539nm激光所致上转换发光的增强作用

三价稀土离子上转换发光有着一些很有价值的应用技术:波导上转换及放大和激光、上转换三维立体显示、飞秒光谱应用、激光控温、三维成像与存储、光学温度感应系统、牙科等生物物理应用、上转换荧光防伪、上转换宽带光源、和上转换红外显示片等。因为受到太阳能电池发展需求的促进,上转换研究再度呈现出澎湃的研究热潮。目前,利用金属表面等离子体共振的近场增强效应能够有效增强其表面附近的荧光物质的发光的特性,有可能较大幅度的提高上转换发光的强度,从而有可能进一步把上转换发光推向实用。利用离子引入法,在铋化物的发光玻璃中引入银颗粒。研究结果表明银表面等离激元的表面等离子体共振吸收峰位于580～600 nm;而且,加热时间的延长导致了表面等离子体共振吸收峰的剧烈增强和稍微蓝移。978 nm半导体激光能够导致531.0, 546.0和657.5 nm的三组Er~(3+)的~2H_(11/2)→~4I_(15/2),~4S_(3/2)→~4I_(15/2),~4F_(9/2)→~4I_(15/2)的双光子上转换荧光, 978 nm激光激发掺铒铋化物发光玻璃的上转换发光的机理是第一步的~4I_(15/2)→~4I_(11/2)共振基态吸收和随后的第二步的~4I_(11/2)→~4F_(7/2)的共振激发态吸收;纳米银的表面等离激元的引入促成铋化物发光玻璃中铒离子的978 nm激光激发的上转换发光最大增强了272.0%倍。1 539 nm半导体激光能够导致波长为528.0, 547.0, 657.0和795.0 nm的四组Er~(3+)的~2H_(11/2)→~4I_(15/2),~4S_(3/2)→~4I_(15/2),~4F_(9/2)→~4I_(15/2)和~4I_(9/2)→~4I_(15/2)的上转换荧光; 1539 nm激光导致的528.0 nm ~2H_(11/2)→~4I_(15/2)和547.0 nm ~4S_(3/2)→~4I_(15/2)上转换荧光的机理主要是1 539 nm激光的~4I_(15/2)→~4I_(13/2),~4I_(13/2)→~4I_(9/2)和~4I_(9/2)→~2H_(11/2)的三步光激发吸收跃迁过程, 1 539 nm激光导致的657.0 nm ~4F_(9/2)→~4I_(15/2)上转换荧光的机理主要是1 539 nm激光的~4I_(15/2)→~4I_(13/2),~4I_(13/2)→~4I_(9/2)和~4I_(11/2)→~4F_(9/2)的三步光激发吸收跃迁过程;纳米银的表面等离激元的引入导致了铋化物发光玻璃中铒离子的1 539 nm激光激发的上转换发光最大增强160.3%倍。显然,靠近银表面等离激元共振吸收峰的978 nm激光上转换的增强效果比1 539 nm激光的要好。     

三维立体显示—频率上转换研究的新进展

本文论述了三维立体显示技术的应用前景研究现状，系统地阐述了频率上转换在三维立体显示上的可能应用和该上转换新生长点的科学意义；创新地提出在ＺＢＬＡＮ：Ｐｒ，ＹｂＧ玻璃中三维立显示的构想，并初步实现了这一构想。     

基于ZBLANⅩⅣPr,Yb频率上转换发光的三维立体显示

本文对利用ZBLANⅩⅣPr,Yb频率上转换发光的三维立体显示做了研究,探讨了其中的一些物理问题.在实验中,我们利用Yb³⁺离子敏化的方法提高Pr³⁺的上转换发光效率;通过降低能引起单频上转换发光的激光强度来提高寻址点和非寻址点在显示过程中的对比度.     

光谱组束半导体激光阵列的多谱线频率变换

通过对半导体激光阵列进行光谱组束,使阵列中各个发光单元的光束重叠,同时锁定在不同的波长上;将组束后的光束进行频率变换,组束的各个光束同时满足非线性频率变换中的和频条件,产生和频的蓝光输出。光谱组束半导体激光阵列增加了参与非线性频率变换半导体激光发光单元的个数,有利于提高整体频率变换的输出功率。实验采用标准的半导体激光阵列,组束后连续输出功率为18.2 W,非线性频率变换产生的蓝光的输出功率为93mW,光-光转换效率约为0.51%。实验证明了光谱组束半导体激光阵列多谱线频率变换的可行性。     

半导体泵浦铷蒸气激光器出光实验

针对中心波长780 nm的商用连续波半导体激光器,使用斩波器将连续激光变为脉冲输出形式,用2400 line/mm的平面全息光栅搭建Littrow外腔将线宽压窄至0.2 nm以下。采用透镜组对线宽压窄后的半导体激光进行光束整形,半导体激光经线宽压窄和光束整形后,经透镜聚焦进长约8 mm的铷蒸气泡进行半导体泵浦碱金属激光实验。首次出光得到17.5 mW的基模线偏振铷激光;在最新的改进实验中,半导体泵浦铷激光输出功率已达到2.8 W。     

三种不同端面光纤列阵和半导体激光列阵耦合的(数值)模拟

半导体激光列阵的输出光束有较大的发散角和较强的不对称性，极大地限制了其在各领域中的应用。为了改善半导体激光列阵输出光束的质量，必须采用特殊的光学系统进行光束整形。一种简单有效的方法是利用光纤列阵实现光束由线性排列到圆形排列的转换。对三种特殊制备的光纤列阵和半导体激光列阵的耦合特性进行了数值模拟研究。结果显示，相对于球形端面光纤列阵和锥形端面光纤列阵，球顶锥形端面光纤列阵和半导体激光列阵有着更高的耦合效率(90％以上)。此外，利用球顶锥形端面光纤列阵还可以进一步压缩输出光束的发散角，从而获得更高质量的输出光束。     

880nm半导体激光主动照明光纤耦合模块

为降低半导体激光主动照明红曝,选择波长880 nm大功率半导体激光器作为新型激光主动照明成像系统光源。根据光纤耦合过程光参数积不变原理,研制出波长880 nm大功率半导体激光器阵列单光纤耦合模块,利用光纤匀光作用使激光光束匀化整圆后用于激光主动照明。首次在波长880 nm大功率半导体激光器上采用阶梯反射镜光束整形方法,使激光光参数积与光纤匹配,激光高效耦合进入纤芯400μm、数值孔径0.22的光纤。室温条件下光纤耦合模块连续输出功率44.9 W,电光转化效率35%,波长880 nm大功率半导体激光器阵列光纤耦合模块,不仅其红曝小而且对应CMOS图像传感器光谱响应度较高,系统成像质量好。     

(Er3+,Yb3+)共掺ZBLAN玻璃的一种新颖的类雪崩上转换发光现象

研究了Er3 vZBLAN 和(Yb3 , Er3 )vZBLAN玻璃在966 nm 半导体激光激发下的上转换发光现象, 发现在(Yb3 , Er3 )vZBLAN 玻璃样品上存在由Er3 离子间交叉弛豫导致的上转换发光随激光功率二次攀升的类雪崩上转换发光现象; 并且由稳态速率方程的数值计算得出与实验测量相吻合的结果: 当Er3 离子间的交叉弛豫P很小时, 上转换发光是随抽运激光功率的增强而逐渐趋向饱和的; 当P 较大时, (Yb3 , Er3 vZBLAN 玻璃由于Yb3 和Er3 离子间的交叉能量传递速率很大, 致使Er3 离子的上转换激发速率R很大, 造成上转换发光在达到饱和之前出现一个陡升, 这就是实验观察到的由类雪崩效应导致的上转换发光随激光功率二次攀升的现象。     

ErYb:氟氧化物玻璃陶瓷的上转换发光特征饱和现象的综合分析

研究了Er3+和Yb3+双掺的氟氧化物玻璃陶瓷在966 nm激光激发下的上转换发光的饱和现象。详细的分析发现了它存在一种能量扩展导致的“特征饱和现象”,也就是说上转换发光强度I随激光功率P而改变的双对数曲线的斜率随着激光光斑的增大而明显增大至正常的多光子关系。还发现布居耗空所导致的“典型饱和现象”也有较大的影响,它导致了logI-logP曲线会随着激光功率的增加而逐渐弯曲,而激光功率的减小会导致“典型饱和现象”也减小甚至完全消失。     

One-color one-beam pumping of Er(3+)-doped ZBLAN glasses for a three-dimensional two-step excitation display

We demonstrate a one-color one-beam pumping method for a three-dimensional two-step excitation fluorescent display with Er(3+) -doped ZBLAN glass. A localized green fluorescent spot is obtained by use of a focused pump-light beam at 979 nm. The quantum efficiency of the two-step excitation fluorescence is investigated in a time-dependent analysis and an experiment with a pulsed pump light.     

稀土掺杂材料的上转换发光

稀土掺杂材料的上转换发光是实现光波频率转换的重要途径,也是稀土掺杂发光材料研究的重要内容。本文从介绍与上转换相关的基本概念出发,阐述了稀土离子上转换发光的发展历史;对稀土离子掺杂材料的能量传递、激发态吸收、合作敏化、合作发光、双光子吸收激发及光子吸收雪崩等上转换发光机制进行了概述,并对各机制进行了比较;对不同稀土离子掺杂体系中上转换发光的机制进行了总结;对以往研究的稀土掺杂上转换发光材料的基质,包括粉体材料、晶体材料、非晶材料进行了概括;最后对影响稀土离子上转换发光效率的因素进行了分析,提出了在上转换发光材料的设计中应重点考虑基质对泵浦光及上转换发射光的吸收、基质材料的声子能量、稀土离子的掺杂方案及泵浦途径等因素。     

Up-conversion luminescence tuning in Er~(3+) -doped ceramic glass by femtosecond laser pulse at different laser powers

The up-conversion luminescence tuning of rare-earth ions is an important research topic for understanding luminescence mechanisms and promoting related applications. In this paper, we experimentally study the up-conversion luminescence tuning of Er~(3+)-doped ceramic glass excited by the unshaped, V-shaped and cosine-shaped femtosecond laser field with different laser powers. The results show that green and red up-conversion luminescence can be effectively tuned by varying the power or spectral phase of the femtosecond laser field. We further analyze the up-conversion luminescence tuning mechanism by considering different excitation processes, including single-photon absorption(SPA), two-photon absorption(TPA), excited state absorption(ESA), and energy transfer up-conversion(ETU). The relative weight of TPA in the whole excitation process can increase with the increase of the laser power, thereby enhancing the intensity ratio between green and red luminescence(I_(547)/I_(656)). However, the second ETU(ETU2) process can generate red luminescence and reduce the green and red luminescence intensity ratio I_(547)/I_(656), while the third ESA(ESA3) process can produce green luminescence and enhance its control efficiency. Moreover, the up-conversion luminescence tuning mechanism is further validated by observing the up-conversion luminescence intensity, depending on the laser power and the down-conversion luminescence spectrum under the excitation of 400-nm femtosecond laser pulse. These studies can present a clear physical picture that enables us to understand the up-conversion luminescence tuning mechanism in rare-earth ions, and can also provide an opportunity to tune up-conversion luminescence to promote its related applications.     

显示用上转换绿色发光材料NaYF4∶Er,Yb及其特性

采用喷射微波燃烧合成法制备了上转换发光显示器中发绿光的上转换发光材料NaYF4∶Er,Yb.测试了该材料的XRD衍射图谱和发光效率.给出了该材料在1 064 nm三种激光功率激发下的发光光谱.分析了该材料的上转换发光机理,得到545 nm和662 nm峰值发光分别是Er3+的4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁产生的.NaYF4∶Er,Yb具有较强的上转换绿光,同时存在的较弱的红光易于用滤色膜滤除,满足显示对三基色中绿色的要求;并且喷射微波燃烧合成法制备的该材料达到了高分辨率显示应用超细粉体的要求.     

Up-conversion luminescence research of Er（0.5）：ZBLAN material for volumetric display application when excited by 1520nm laser

The up-conversion luminescence of the ZBLAN fluoride glass Er(0.5):ZBLAN, when excited by a 1520 nm semiconductor laser, is studied in this paper. The absorption and common-fluorescence spectra are also measured in order to understand the up-conversion clearly. It is found that there are seven strong up-conversion luminescence lines (406.97^m, 410.42 nm), (521.97^m, 527.56 nm), (542.38^m, 549.27 nm), (654.27^m, 665.70 nm), 801.57^m nm, 819.46 nm, and 840.00 nm, which can be recognized as the fluorescence transitions of ({}^2G^4F^2H)_{9/2}→{}^4I_{15/2},{}^2H_{11/2}→ {}^4I_{15/2},{}^4S_{3/2}→{}^4I_{15/2},{}^4F_{9/2}→{}^4I_{15/2}, {}^4I_{9/2}→ {}^4I_{15/2}, ({}^2G^4F^2H)_{9/2}→{}^4I_{9/2}, and {}^4S_{3/2}→{}^4I_{13/2} respectively. Meanwhile, the small up-conversion fluorescence lines 379.20 nm, 453.10 nm and 490.60 nm are the transitions of {}^4G_{11/2}→{}^4I_{15/2},{}^4F_{5/2}→{}^4I_{15/2} and {}^4F_{7/2}→ {}^4I_{15/2} respectively. It is interesting that the slopes of log F－logP curves, the double-logarithmic variation of up-conversion luminescence intensity F with laser power P, are different from each other for these observed up-conversion luminescence, this being valuable for the volumetric display. Comprehensive discussions find that the {}^4G_{11/2}→{}^4I_{15/2}, (^2G^4F^2H)_{9/2}→{}^4I_{15/2}, (^2H_{11/2}→{}^4I_{15/2},{}^4S_{3/2}→{}^4I_{15/2},{}^4F_{9/2}→ {}^4I_{15/2}), and {}^4I_{9/2}→{}^4I_{15/2} up-conversion luminescences are five-photon, four-photon, three-photon, and two-photon up-conversion luminescences respectively. It is found also that the absorption from ground-state {}^4I_{15/2} level to {}^4I_{13/2} level is very large, which is beneficial to the sequential energy transfer up-conversion to occur.     

The Dynamic Behaviour Analysis of Up－Conversion Luminescence in ErP_5O_（14） Glass

ＴｈｅＤｙｎａｍｉｃＢｅｈａｖｉｏｕｒＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＵｐ－ＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅｉｎＥｒＰ_５Ｏ_（１４）ＧｌａｓｓＴｈｅＤｙｎａｍｉｃＢｅｈａｖｉｏｕｒＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＵｐ－ＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ...     

五磷酸镧镱铒非晶在969nm激光激发下的1.54μm激光和上转换 …

本文了五磷酸镧镱铒ＹＥＬＰＰ非晶的吸收谱,计算了它的基本光谱参数,用半导体激光纵向泵浦方式,同１．５４μｍ微片激光的连续运转,激光输出功率相当稳定,与九十年代初国际上的结果相当;还测量了１．５４μｍ的激光有无振荡时的上转换发光,并且对两者的关系进行了初步的讨论。