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     

高效率掺Tm~(3+)双包层光纤及光纤激光器的研制

掺Tm3+光纤激光器有着广泛的应用前景,而掺Tm3+光纤是其核心与关键.本文采用改进的化学汽相沉积(MCVD)工艺和气相液相复合掺杂技术,在MCVD机车上实现了掺Tm3+石英光纤预制棒的制备,并制备了掺Tm3+石英双包层光纤(芯包比为10/125).利用上述光纤搭建直腔型全光纤激光器,在波长为793nm的LD抽运下,获得激光光谱中心波长为2002 nm,最大的激光输出功率30.7 W,光纤斜率效率为59.32%.     

国产掺铥双包层光纤光谱特性研究

对内包层截面为六边形的国产掺Tm3+双包层光纤的光谱特性进行了较全面的实验研究。在1064nm激光泵浦下,观察到掺铥光纤发出明亮的蓝光,对其上转换谱进行了测量,并分析了产生的机理。在785nmLD泵浦下,测量了光纤的荧光谱。选用3种不同透过率的输出镜,对长度分别为4.5m和2.2m的掺Tm3+光纤实现了2μm波段的激光输出;利用红外光谱仪测得了激光波长。实验获得最大输出功率达到5.1W,斜率效率41.9%,并对实验结果做了分析。     

Tm~(3+)/Yb~(3+)共掺激光晶体的本征光学双稳特性分析与参数优化

理论研究了650nm激光雪崩抽运Tm3+/Yb3+共掺激光晶体的本征光学双稳态.基于系统的非线性耦合速率方程理论,数值分析了Tm3+/Yb3+离子能级布居数的本征光学双稳性、系统参数对光学双稳态的影响和双稳迟滞回线的动态变化.数值结果给出了光子雪崩机制下Tm3+/Yb3+共掺激光晶体的可见与红外光谱发光的本征光学双稳态;指出了通过优化Tm3+/Yb3+离子浓度比,选取低声子能晶体基质和采用晶体冷却技术,以及调谐抽运光与Tm3+离子激发态跃迁能隙满足共振频率匹配,可以有效地增强本征光学双稳效应;通过微调谐抽运光波长和控制抽运光强变化速率,可以实现动态调控的本征光学双稳态.     

掺Tm3+石英光纤中频率上转换产生可见光的实验研究

报道了实验研究连续锁模1053nmNd:YLF激光泵浦的掺Tm³⁺石英光纤中可见光区的频率上转换过程.测量了可见荧光光谱,并用Tm离子的分步三光子吸收过程解释了可见光频率上转换现象.     

Tm~(3+)掺杂碲酸盐微结构光纤激光器

以1 560 nm的掺Er3+石英光纤激光器作为泵浦源,在Tm3+掺杂的碲酸盐微结构光纤中实现了2μm的激光输出。采用棒管法拉制出了纤芯由6个空气孔包围的微结构光纤,选取了2.8 cm的微结构光纤,研究了其激光性能,获得了9 mW波长为1 872 nm的激光输出,激光的斜效率为6.53%,激光阈值为200 mW。研究结果表明,所制备的Tm3+掺杂碲酸盐微结构光纤可用于制作紧凑型2μm光纤激光器。     

强泵浦下掺Yb3+双包层光纤激光器输出特性数值分析和实验研究

对强泵浦下线形腔掺Yb3+双包层光纤激光器输出特性进行了理论和实验研究。通过数值模拟,分析了泵浦光及激光在光纤中的分布、输出功率与泵浦功率的关系、光纤长度及腔镜反射率对激光输出功率的影响。在实验中,利用D型掺Yb3+双包层光纤获得了输出功率10 6W的光纤激光输出,斜率效率达86%。测量了在不同输出耦合条件下的输出功率、阈值泵浦功率和斜率效率,理论分析与实验结果基本一致,为进一步提高光纤激光器功率提供了理论和实验依据。     

掺Tm~(3+)光纤激光器的热效应分析

随着泵浦源功率的提高和双包层抽运技术的发展,掺Tm3+光纤激光器的输出功率已达到kW量级,热效应逐渐成为限制掺Tm3+光纤激光器输出功率和光束质量提高的关键因素。主要分析了掺Tm3+光纤激光器的热效应以及一些常用的应对措施。     

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     

掺Tm激光晶体的可见与红外发光转换及双稳多色开关

理论研究了648nm激光抽运掺Tm晶体的可见与红外发光转换和发光双稳特性.根据系统的耦合速率方程理论,推导了发光转换阈值的解析表达式,数值研究了Tm³⁺能级布居数,辐射光谱以及发光强度等随抽运光强的变化.数值结果表明,648nm激光抽运下可以实现452/469nm蓝光与1716 nm红外光谱的发光转换.在光子雪崩阈值附近,可以观察到掺Tm晶体的辐射光谱双稳,荧光色度双稳和发光强度双稳等现象.利用掺Tm晶体的可见与红外发光转换与双稳特性,可以实现抽运功率控制的全固态发光转换器和双稳波长 关键词： 光学双稳 多色开关 掺Tm晶体 光子雪崩