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     

双掺(Tm3+,Tb3+)LiYF4激光器1.5 μm波长激光阈值分析

由速率方程推出了双掺（Tm^3 ,Tb^3 ）离子准四能级系统的激光阈值解析式，讨论了Tm^3 和Tb^3 离子之间的相互作用。分析了1.5μm波长附近的激光阈值和Tm^3 、Tb^3 离子的掺杂原子数分数及晶体长度的关系。结果表明，对于对应Tm^3 离子^3H4→^3F4跃迁的约1.5μm波长的激光，激活离子Tm^3 的掺杂原子数分数过大时，交叉弛豫作用将使系统阈值迅速增加。Tb^3 离子的加入，一方面能抽空激光下能级，起到降低阈值的作用；另一方面亦减少了激光上能级的寿命，使阈值升高。故Tb^3 离子有最佳掺杂原子数分数。对于Tm原子数分数为y=0.01的Tm:LiYF4晶体，Tb^3 离子的最佳掺杂原子数分数为0.002左右，同时表明，激光阈值与晶体长度有关。最佳晶体长度与Tm^3 、Tb^3 离子的掺杂原子数分数以及晶体的衍射损耗和吸收损耗有关。     

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。     

能量传递上转换对Tm，Ho:YLF激光器阈值的影响

根据激光二极管纵向抽运Tm，Ho：YLF激光器的能级跃迁和能量传递过程，在考虑能量传递上转换的情况下，建立了准三能级阈值速率方程，得出了激光器阈值的解析解.给出了阈值与激光器设计参数的关系，并分析了能量传递上转换对激光器设计参数的依赖关系.实验上得到了不同输出耦合透过率下的激光阈值，验证了理论的合理性. 关键词： 二极管抽运 Tm Ho：YLF晶体 能量传递上转换 速率方程 阈值     

激光二极管抽运Tm,Ho:YLF晶体声光调Q激光器

对激光二极管端面抽运Tm,Ho：YLF晶体声光调Q激光器的激光特性进行了研究。根据粒子跃迁和能量传递过程,在考虑能级传递上转换的前提下,建立了Tm,Ho：YLF脉冲激光器的速率方程,得到了初始反转粒子数的解析表达式,分析了能量传递上转换效应对激光上能级反转粒子数的影响。在室温下实现了2μm波长激光的脉冲输出。实验上给出并分析了Tm,Ho：YLF脉冲激光器的平均输出功率、单脉冲能量和脉冲宽度随抽运功率以及声光Q开关调制频率的变化关系。在抽运功率为2．8W．重复频率为9kHz时,获得了平均输出功率为189mW的激光脉冲,光-光转换效率为6．8％。在重复频率为1kHz时,得到最大单脉冲能量为65μJ,峰值功率为0．17kW。     

Ho：YVO4晶体中Ho^3＋光谱参数的计算

根据Ho^3 在Ho:YVO4晶体的吸收谱和0.6-2.1μm波段的荧光谱,用J－O理论计算了Ho^3 的强度参数Ωλ,并由此计算了激发能级的振子强度、自发辐射跃迁几率、荧光分支比和积分发射截面等光谱参数,讨论了Ho:YVO4晶体作为红外激光材料的可能性。     

Ho:YVO_4晶体中Ho~(3+)光谱参数的计算

根据Ho3+在Ho :YVO4 晶体的吸收谱和 0 6～ 2 1μm波段的荧光谱 ,用J O理论计算了Ho3+的强度参数Ωλ ,并由此计算了激发能级的振子强度、自发辐射跃迁几率、荧光分支比和积分发射截面等光谱参数 ,讨论了Ho :YVO4 晶体作为红外激光材料的可能性。     

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。     

Tm，Ho双掺杂YV04晶体中Tm对Ho敏化发光现象

摘要：报道了对Tm,Ho双掺YVO4晶体光谱性能的测量结果,包括用UV-365型分光光度计测出单掺Tm：YVO4及Ho：YVO4吸收谱以及双掺Tm：Ho：YVO4的吸收谱;用Ar离子激光器488nm,LD激光器激发测量样品荧光光谱;用J-O理论进行光谱参数计算及对能级结构进行分析;研究了在λ=805nm的激光二极管激发下Tm对Ho的敏化发光过程。发现与YAG,YLF为基质的Tm,Ho双掺材料相比,该材料中的Tm3+离子具有大而均匀的吸收宽度(～26nm),大的峰位吸收截面和积分吸收截面(～1.4×10-20cm2和274.5×10-20 cm),能量转换效率高(可达87％),且泵浦阈值低(～15mW)。表明了YVO4晶体中Tm能有效地敏化Ho,并产生2μm的发射。文中对发射强度与泵浦功率及Tm,Ho之间掺杂浓度的关系进行了初步的分析与讨论。光谱的观察结果表明：在实现LD泵浦,全固体化,小型,高效的,2μm激光振荡的探索中,Tm：Ho：YVO4晶体将是一种很有实际应用潜力的材料。     

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。     

Tm∶YVO4晶体中Tm3+的发光研究

测量了Tm∶YVO4 晶体的吸收光谱 ,以 34 6nm、36 3nm(1D2 )、475nm(1G4 )、6 98nm (3 F2 ,3 F3 )和 80 1nm(3 H4 )光激发时的发射光谱 ,以及位于 45 4nm (1D2 → 3 F4 )、475nm (1G4 → 3 H6)、6 46nm (1G4 → 3 F4 )、80 6nm(3 H4 →3 H6)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Tm3 + 之间的能量交换的概念和新的跃迁通道 ,证实了存在1D2 +3 H6→1G4 +3 F4 以及1G4 +3 H6→3 H4 +3 H5的能量传递过程 ,还可能存在交叉弛豫过程 1G4 +3 H6→3 F2 +3 F4 。这些过程使得Tm∶YVO4 晶体难以实现1D2 能级上转换发光 (4 5 4nm左右 ) ,但 475nm的上转换发光 (1G4 →3 H6)较强 ,3 F4 能级是潜在红外激光发射能级。     

掺Tm~(3+)氟锆酸盐玻璃2μm发光特性

研究了Tm3+掺杂氟锆酸盐玻璃的2μm发光特性。通过吸收光谱,运用Judd-Ofelt(J-O)理论计算了J-O强度参量tΩ(t=2,4,6)以及Tm3+离子在玻璃中的自发辐射跃迁几率、荧光分支比和辐射跃迁寿命等光谱参数。采用808 nm激光二极管(LD)抽运,获得了Tm3+离子在氟锆酸盐玻璃中的近2μm发射光谱。Tm3+离子在玻璃中的3F4→3H6跃迁峰值波长位于1.82μm处。研究表明,随着Tm3+离子浓度的增加,Tm3+离子之间发生明显的交叉弛豫过程(3H4→3F4,3F4→3H6),从而使得1.82μm处荧光强度明显增强,但当掺杂浓度进一步增加达到一定程度后,基于三能级稀土离子的浓度猝灭效应,该荧光强度明显降低。研究计算了氟锆酸盐玻璃中Tm3+…3F4→3H6跃迁对应的受激发射截面,结果表明,受激发射截面受Tm3+掺杂浓度的影响不大。     

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。     

Tm:YAG激光器的波长可调谐理论和实验研究

Tm:YAG晶体以其优越的特性在产生2μm激光方面得到广泛应用。基于Tm:YAG激光器准三能级系统,建立了激光二极管(LD)侧面抽运Tm:YAG激光器抽运阈值的理论模型,并对不同振荡模式下的抽运阈值进行数值模拟。结果表明,通过改变输出耦合率可以实现Tm:YAG激光器输出波长在2.02μm和2.07μm波长的调控。在输出镜耦合率小于8.07%时,具有较大发射截面的2.02μm振荡模式被具有较小重吸收损耗的2.07μm振荡模式所抑制,从而实现高功率全固态LD侧面抽运2.07μm波长的Tm:YAG激光器。并搭建了侧面抽运Tm:YAG激光器系统进行实验验证。结果表明,实验结果和理论预测完全一致。     

2μm人眼安全波段太阳光抽运激光器的理论研究

太阳光直接抽运激光器在空间光通信、遥感等领域有着重要的潜在应用,但是一直以来人们对太阳光抽运激光器的研究局限于以掺Nd3+粒子为增益介质的1μm波段.通过对现有固体激光工作物质的吸收谱进行分析,发现掺Tm3+离子在太阳辐射较强的可见光波段具有强的吸收峰,使2μm人眼安全波段实现太阳光直接抽运激光输出成为可能.本文对Tm:YAG和Tm:YAP两种常见晶体的吸收谱与太阳光谱匹配度进行了分析计算,得出两种材料用于太阳光抽运激光器的阈值抽运功率密度分别为1.14和1.434 kW/cm3.选择与抽运阈值功率密度低的Tm:YAG晶体作为增益介质,使用TracePro软件建立太阳光抽运激光器的二级抽运模型,并对模型进行优化,得到了锥形腔窗口与菲涅耳透镜的最佳距离、晶体棒的最佳长度以及锥形腔最佳锥度.本文的工作为实现太阳光直接抽运2μm激光输出做了理论上的准备.     

能量传递上转换对Tm，Ho：YLF调Q激光器上能级寿命的影响

根据激光二极管纵向抽运Tm,Ho：YLF激光器的能级跃迁和能量传递过程，在考虑能量传递上转换(ETU)的情况下，建立了Tm,Ho：YLF主动调Q激光器的准三能级速率方程，得出了激光单脉冲能量的解析表达式.在理论上指出，能量传递上转换不但减小了输出单脉冲能量，而且严重减小了激光上能级寿命.实验上给出了在固定抽运功率下，单脉冲能量随重复频率的变化关系，验证了理论所指出的能量传递上转换减小了激光上能级寿命. 关键词： 二极管抽运 Tm Ho：YLF晶体 能量传递上转换 速率方程     

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晶体声光调Q激光器

对激光二极管端面抽运Tm,Ho∶YLF晶体声光调Q激光器的激光特性进行了研究。根据粒子跃迁和能量传递过程,在考虑能级传递上转换的前提下,建立了Tm,Ho∶YLF脉冲激光器的速率方程,得到了初始反转粒子数的解析表达式,分析了能量传递上转换效应对激光上能级反转粒子数的影响。在室温下实现了2 μm波长激光的脉冲输出。实验上给出并分析了Tm,Ho∶YLF脉冲激光器的平均输出功率、单脉冲能量和脉冲宽度随抽运功率以及声光Q开关调制频率的变化关系。在抽运功率为2.8 W,重复频率为9 kHz时,获得了平均输出功率为189 mW的激光脉冲,光光转换效率为6.8%。在重复频率为1 kHz时,得到最大单脉冲能量为65 μJ,峰值功率为0.17 kW。     

TbxTmyY1-x-yP5O14晶体中Tb3+和Tm3+间的能量转移

本文提出了Tb3+和Tm3+的交叉弛豫机理,计算了交叉弛豫几率,研究了Tm3+对Tb3+离子发光性质的影响,结果指出Tm3+对Tb3+离子的5D3能级的荧光有很强的猝灭作用,对5D4能级的荧光有增强作用,并且给出Tb的荧光强度和Tb3+,Tm3+离子浓度之间的依赖关系。