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     

飞秒激光共振增强腔的理论与实验研究

飞秒激光共振增强腔在非线性光学、 精密光谱学等研究领域有重要应用, 尤其是近年来已成为产生高重频紫外光梳的强大工具. 采用循环稳定电场方法分析了飞秒激光脉冲在共振 增强腔中的增强和色散特性,给出了增强倍数与 精细度的关系及共振带宽与精细度和腔内色散量的关系. 实验上实现了175 MHz, 15 fs的宽谱飞秒激光脉冲的共振 增强,增强倍数约为10倍左右.     

高Yb~(3+)/Er~(3+)掺杂的磷基有源光纤材料的光谱性质

研究了Yb3+/Er3+共掺60P2O5-15BaO-10Al2O3-5ZnO-10R2O(R=Na,K)以P2O5为主体的磷基有源光纤材料的光谱性质,以及不同Yb3+/Er3+掺杂浓度对光谱性质的影响规律。当Er3+浓度为9.100×1019/cm3、Yb3+的掺杂浓度为5.407×1020/cm3、Yb3+/Er3+浓度比为6∶1时,玻璃样品在1 531 nm处的受激发射截面最大,为6.17×10-21cm2。同时,其荧光寿命为9.73 ms,荧光半高宽为53.16 nm,发射截面与半高宽的乘积为3.28×10-32m3,综合性能最佳。     

Er~(3+)及Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂ZrO_2-Al_2O_3的制备及发光性质

采用共沉淀法制备了纳米晶ZrO2-Al2O3∶Er3+发光粉体.所制备的粉体室温下具有Er3+离子特征荧光发射,主发射在绿光,其中位于547nm、560nm的绿光最强,并得出稀土离子与基质之间有能量传递.对不同煅烧温度下的样品研究表明:因不同温度下所制得的样品晶相不同.研究了纳米晶ZrO2-Al2O3∶Er3+及ZrO2-Al2O3∶Er3+/Yb3+的上转换发光,并分析了上转换的跃迁机制.发现ZrO2-Al2O3∶Er3+的绿光为双光子过程,而ZrO2-Al2O3∶Er3+、Yb3+的上转换光谱中,红光和绿光也为双光子过程,而极弱的蓝光为三光子过程.讨论了Er3+的浓度猝灭现象.最适宜掺杂浓度的原子分数为2%(Er3+/Zr4+).     

Er~(3+)掺杂Ge-Ga-S-KBr硫卤玻璃的中红外发光和多声子弛豫的研究

为了获得能输出中红外荧光的理想基质玻璃,用熔融急冷法制备了系列不同Er3+离子掺杂浓度的Ge-Ga-S-KBr硫卤玻璃,测试了样品折射率、吸收光谱、中红外荧光光谱.通过吸收光谱计算了Er3+离子吸收谱线的振子强度,应用Judd-Ofelt理论计算分析了Er3+离子在Ge-Ga-S-KBr硫卤玻璃中的强度参量Ωi(i=2,4,6)、自发辐射跃迁几率A、荧光分支比β等光谱参量.研究了808nm激光抽运下样品中红外荧光特性与掺杂浓度之间变化关系,并用Futchbauer-Ladenburg公式分别计算了2.8μm处的受激发射截面.结果表明,在808nm激光抽运下观察到了2.8μm中红外荧光,对应于Er3+:4I11/2→4I13/2跃迁,当Er3+离子掺杂浓度从0.4wt%增加到1.0wt%时,中红外荧光强度相应增加,计算的Er3+:4I11/2能级的多声子驰豫速率为37s-1.     

掺Er~(3+)硼硅酸盐玻璃的吸收光谱与J-O理论分析

采用高温熔融法制备了不同Er3+掺量的硼硅酸盐玻璃。测量和分析了玻璃样品的光密度和吸收光谱,并用最小二乘法拟合了实验与理论吸收谱线。应用Judd-Ofelt理论计算了光谱参数Ωλ(λ=2,4,6)和Er3+的振子强度,计算了拟合过程中的均方根偏差(δ),并讨论了Er3+浓度对对光密度和Ωλ参数的影响。分析结果表明:当Er2O3含量为21mol%时,玻璃在达到了较高的光密度(D0.53=4.0)的同时,Ω2亦达到最大值。此时玻璃中Er3+所处环境的对称性降低而共价性增强。     

Nd~(3+)掺杂硫系玻璃微球荧光腔量子电动力学增强效应

采用粉料漂浮高温熔融法自制Nd3+掺杂硫系玻璃微球,研究了腔量子电动力学增强效应对稀土掺杂硫系玻璃微球荧光光谱的影响。把直径90.53μm的硫系玻璃微球与锥腰直径1.02μm的石英光纤锥耦合,将808nm抽运激光导入微球,荧光光谱存在分立的共振峰。根据米氏散射理论公式,计算得到TE偏振态下基模的三个共振峰位置,确定了这三个共振峰的模式序数。增强因子η≈1122,这表明微球荧光自发辐射速率增强幅度为1122倍。在基模条件下对原增强因子公式进行近似化简,并利用近似公式进行估算得到η≈1167,误差为4%。     

基于扫描激光的腔增强吸收光谱研究

介绍了一种建立在半导体激光扫描基础上的腔增强吸收光谱技术。简要介绍了从衰荡吸收光谱技术向腔增强吸收光谱的发展及腔增强吸收光谱的实验装置,实验证明能够将 DFB 型半导体激光与高精密光学谐振腔相结合,用简单的实验装置进行高灵敏、高分辨直接吸收光谱测量。实验中,激光器的输出波长用一台波长计精确测量,当激光器的输出频率与某一腔模的频率共振时,激光被耦合到一个用两块高反射率平凹透镜(在 1.572μm 附近,R~0.994)组成的 34cm 长的高精密光学谐振腔,通过测量激光透过谐振腔后的光强,得到了二氧化碳分子在6358.654cm-1附近的吸收光谱,探测灵敏度达到了 1.2×10-5cm-1。     

Dy~(3+)和Tb~(3+)掺杂镓硼锗硅酸盐玻璃发光性能

采用高温熔融法分别制备了高含量Tb~(3+)单掺和Dy~(3+)/Tb~(3+)共掺的镓硼锗硅酸盐(GBSG)发光玻璃,并分析了其光谱性能。根据Dy~(3+)和Tb~(3+)掺杂的镓硼锗硅酸盐(GBSG)玻璃的激发和发射光谱、荧光寿命衰减曲线等特性,探讨了Dy~(3+)与Tb~(3+)之间的能量传递关系。结果表明:玻璃的发光强度和荧光寿命随着Tb~(3+)、Dy~(3+)含量的增加而减少。与相同摩尔浓度的单掺玻璃相比,共掺玻璃发光强度的衰减速率先减慢而后加快。Tb~(3+)、Dy~(3+)离子之间的能量传递方式为无辐射共振能量传递和~4F_(9/2)+~7F_6→~6H_(15/2)+~5D_4交叉弛豫效应。     

腔内单原子的激光冷却、囚禁与操控实验及其最新进展

本文综述了腔内单原子的激光冷却、囚禁与操控的基本原理、实验方案和结果及其最新进展,并介绍了腔内单原子激光操控实验的最新进展及其在腔内量子电动力学(腔内QED)效应、亚泊松光子统计、单原子激光、量子态制备、单光子源和量子信息处理等研究中的应用。     

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     

可紫外激光刻写的掺铒铋硅酸盐玻璃光谱性质研究

报道了可紫外激光刻写的掺铒Na₂O-Bi₂O₃-SiO₂和Na₂O-B₂O₃-Bi₂O₃-SiO₂玻璃的光谱特性. 测量和计算了玻璃的光谱参数，分析、讨论了Bi₂O₃和B₂O₃含量变化对光谱参数的影响.实验表明基质玻璃中Bi₂O₃和B₂O₃含量改变可有效调节掺铒铋硅酸盐玻璃光谱参数.Bi₂O₃和B₂O₃含量增加，玻璃的光吸收和荧光性质改善，但Er³⁺离子的⁴I_13/2能级寿命降低.在B₂O₃含量为40%(Bi₂O₃/SiO₂＝0.67)时，Er³⁺离子峰值发射截面、⁴I_13/2能级的荧光寿命和荧光半高宽分别为8.49×10^－21cm²，0.52ms和78nm.结果表明掺铒铋硅酸盐玻璃是有前途的紫外光敏有源玻璃材料之一.     

Er3+离子掺杂钡镓锗玻璃上转换发光机理研究

研究了Er³⁺离子掺杂钡镓锗玻璃的吸收光谱、拉曼光谱和上转换光谱.分析了Er³⁺离子在钡镓锗玻璃中的上转换发光机理.结果表明：玻璃的最大声子能量为828cm^-1，紫外截止波长为275nm.采用800nm和980nmLD激发玻璃样品，在室温下观察到强烈的上转换绿光和红光发射.随着Er³⁺离子浓度的增加，绿光发光强度先增加后减小，而红光发光强度呈单调递增趋势.能量分析表明：800nmLD激发产生的绿光主要源于Er³⁺离子4I_13/2能级的激发态吸收过程；红光发射主要源于Er³⁺离子4I_13/2能级与4I_11/2能级之间的能量转移过程.980nmLD激发产生的绿光主要源于Er³⁺离子4I_11/2能级之间的能量转移过程；而红光发射主要源于Er³⁺离子4I_13/2能级与4I_11/2能级之间的能量转移过程和4I_13/2能级的激发态吸收过程.通过量子效率分析，发现采用800nmLD激发Er³⁺离子掺杂浓度为1mol% 的样品时，上转换绿光发光效率最高. 关键词： 上转换发光机理 3+离子掺杂')" href="#">Er³⁺离子掺杂 钡镓锗玻璃     

WO3对掺铒碲酸盐玻璃光谱性质的影响

制备了掺铒碲钨酸盐玻璃(80-x)TeO₂-(10+x)WO₃-8BaO-2Na₂O-0.5Er₂O₃(x=0,5,10,15,20)玻璃,研究了WO₃对掺铒碲钨酸盐玻璃的光谱性质. 研究发现：随着WO₃含量的增加,Ω₄,Ω₆先增加后减小,受 关键词： 碲钨酸盐玻璃 3+光谱性质')" href="#">Er³⁺光谱性质 Judd-Offelt理论     

Dy3+单掺和Er3+,Yb3+共掺氧氟微晶玻璃的发光性能

采用高温熔融法和热处理工艺制作了含有GdF3纳米晶的氧氟微晶玻璃。在386 nm激发下,Dy3+掺杂氧氟微晶玻璃的发光强度明显增强,且蓝光对黄光的发光强度比逐渐增大,表明Dy3+已进入到GdF3纳米晶中。在980 nm激光器泵浦下,Er3+,Yb3+共掺氧氟微晶玻璃的上转换发光随着热处理温度的升高明显增强,Er3+的上转换发光出现明显的Stark分裂现象,这亦说明Er3+已进入到GdF3纳米晶相中。通过研究上转换发光强度与泵浦功率的关系,确定绿光上转换发光为双光子过程。     

碱金属和碱土金属氟化物对掺Er3+氟磷酸盐玻璃光谱性质的影响

研究了碱金属和碱土金属离子修饰的掺Er^３＋氟磷酸盐玻璃的光谱性质，讨论 了碱金属和碱土金属对铒氟磷玻璃的吸收和发射截面、荧光半高宽，Judd-Ofelt强度参数和 上转换发光强度等光谱性质的影响，并与一些传统氧化物玻璃系统进行了比较.研究表明碱 金属K^＋和碱土金属Sr^２＋掺杂高的玻璃更适宜用作光放大器基质. 含12mol％K^＋的氟磷玻璃展现出7.83×10^-21cm^２的高 发射截面和最小的荧光上转换强度；含23mol％Sr^２＋的氟磷玻璃则有7.58×10 ^-21cm^２的高发射截面、65nm的荧光半高宽及8.6ms的长的上能级荧 光寿命. 关键词： 氟磷酸盐玻璃 光谱性质 Judd-Ofelt参数 光学放大器     

荧光俘获效应对掺饵氧化物玻璃光谱性质的影响

测试了不同掺杂浓度和样品厚度下掺铒磷酸盐和碲酸盐玻璃的吸收光谱、荧光光谱和荧光寿 命，计算了Er³⁺离子在1.53 μm处的吸收截面(σ_a)、发射截面(σ _e)、自发辐射跃迁概率(A_rad)、辐射跃迁寿命(τ_rad) 、以及辐射跃迁量子效率(η)等光谱参数.讨论了荧光俘获效应对掺铒磷酸盐和碲酸盐玻璃 光谱性质及光谱参数的影响.结果表明即使在铒离子低掺杂浓度(0.1 mol% Er₂O ₃)下，荧光俘获效应也普遍存在于掺铒玻璃材料中，使得荧光寿命(τ_{f)和荧光半高宽(FWHM)随样品的厚度和铒离子掺杂浓度增加而增大，导致碲酸盐和磷酸 盐玻璃中τf分别增加11%—37％和6%—17%，FWHM分别增加15%—64%和11%—55% ，使得掺铒玻璃材料的放大品性参数(σe×FWHM) 也相应被估高.由于铒离子在 碲酸盐玻璃中在1.53 μm处吸收和发射截面重叠面积较大，加之铒离子在前者基质中的发射 截面高于后者，使得掺铒碲酸盐玻璃中的荧光俘获效应高于磷酸盐玻璃. 关键词： 荧光俘获 铒离子 碲酸盐玻璃 磷酸盐玻璃}     

Optical transitions and upconversion properties of Er^3＋-doped chloride tellurite glasses

Er^{3+}-doped lead chloride tellurite glasses were prepared using the conventional melting and quenching method. The absorption spectra were measured and the Judd－Ofelt analysis was performed. The spectroscopic parameters such as the intensity parameters, transition probabilities, radiative lifetimes, and branching ratios were obtained. Intense infrared emission and visible upconversion luminescence under 976 nm excitation were observed. For the 1.55μm emission, the full width at half maximum and the emission cross sections are more than 50 nm and 8×10^{- 20}cm^2, respectively. Three efficient visible luminescences centred at 525, 547, and 658nm are assigned to the transitions from the excited states {}^{2}H_{11/2}, {}^{4}S_{3/2}, and {}^{4}F_{9/2} to the ground state {}^{4}I_{15/2}, respectively. The upconversion mechanisms and the power-dependent intensities are also discussed and evaluated.     

Er3+在二氧化硅介孔分子筛中的高效率发光及其分析

研究了一种新型的负载Er³⁺的二氧化硅介孔分子筛纳米材料,分析了其在有无功能化试剂全氟甲基磺酰(bis(perfluoromethylsulfonyl)amine)修饰作用下的吸收和荧光光谱特性,获得了高强度的荧光发射. 应用Judd-Ofelt理论计算了强度参数(Ω₂＝1.88×10^-20cm²,Ω₄＝5.45×10^-20cm^{2关键词： 发光 二氧化硅介孔分子筛 稀土离子 Judd-Ofelt理论}