两种国产新型掺Yb氟化物激光晶体的光谱特性研究

掺Yb氟化物激光材料是继掺Yb氧化物激光材料之后的另一类重要的掺Yb激光材料,已经成为可调谐激光和超快激光领域中研究的热点之一。针对两种国产新型掺Yb的氟化物激光材料：混晶材料Yb∶CaF₂-SrF₂和共掺离子型的单晶材料Yb, Y∶CaF₂,进行了详细的光谱特性比对实验研究。通过荧光比对实验,发现这两类激光材料的荧光光谱完全不同,并分析了不同荧光产生的物理机制。通过吸收率比对实验,讨论了两类材料中的激活离子Yb或共掺离子Y的掺杂浓度对晶体吸收特性的影响,得到了最佳掺Yb离子或共掺Y离子的浓度。利用激光二极管作为泵浦源,实现了这两类新型材料在折叠腔型下的连续激光输出运转,其中对于共掺离子型Yb, Y∶CaF₂晶体是首次实现连续激光运转。通过激光对比实验,获得了两类激光材料(四种样品)的激光输入—输出关系曲线,测量了各自的斜效率和激光光谱特征。通过系统地比较两类激光晶体的吸收率、荧光光谱特性、激光光谱特性以及连续激光运转的阈值功率和斜效率等参数得出以下结论：在四种实验样品中,共掺离子型单晶材料中的3at%Yb, 6at% Y∶CaF₂晶体具有最好的光谱和激光特性,具有良好的应用前景。这些实验结果为进一步提升此类激光材料的性能提供了有益的参考。     

Yb:Y2O3透明陶瓷的光学性能研究

介绍了一种基于纳米粉末真空烧结技术的新型固体激光材料--Yb:Y2O3多晶陶瓷的制备工艺、物理化学特性、能级结构和光谱特性,并与Yb:YAG单晶进行了对比.采用紧凑型有源镜激光器(CAMIL)的抽运方式,验证了Yb:Y2O3透明陶瓷的激光输出性能.在35W的最大抽运功率下,得到波长1078 nm,功率10.5 W的连续激光输出.斜率效率达到37.5%.实验中还观察到激光输出波长随抽运功率增加而红移以及随输出耦合镜变化而漂移的现象.Yb:Y2O3多晶陶瓷是一种理想的激光材料,不仅具有与Yb:YAG单晶同样优秀的物理化学性能和光谱特性,而且其热导率和发射带宽约为Yb:YAG单晶的两倍,非常适合于高亮度激光器和超短脉冲激光器领域的发展应用.     

Yb∶YAG超快闪烁晶体研究进展与展望

Yb3+离子掺杂YAG晶体(Yb∶YAG)作为一种性能优良的激光晶体已广泛应用于高效、高功率激光领域。最新研究表明,Yb∶YAG晶体响应时间可达0.411 ns,其优良的超快闪烁特性在超快脉冲辐射探测、惯性约束核聚变、空间辐射探测、核反应动力学等领域的应用引起了广泛关注,使得Yb∶YAG晶体成为超快闪烁材料研究的热点。关于Yb∶YAG的闪烁特性,文章在系统介绍Yb∶YAG作为超快闪烁晶体研究进展和发光机理的基础上,归纳总结了掺杂种类、浓度、后处理工艺、辐照、格位尺寸大小、温度等对Yb∶YAG晶体闪烁性能的影响。然后,针对Yb∶YAG目前存在的问题,给出相应的解释并提出通过离子共掺调控来改善其闪烁性能的方法。最后,对Yb∶YAG超快闪烁晶体未来的发展方向进行了展望。     

Yb:FAP和Yb:C_3S_2-FAP晶体光谱的温度特性和选择激发

报导了Yb :FAP和Yb :C3S2 _FAP晶体在不同温度下的吸收光谱和荧光光谱实验结果 ,研究发现由于电子_声子近共振耦合作用 ,Yb :FAP和Yb :C3S2 _FAP晶体均存在有明显的振动谱 ,Yb :FAP晶体的零声子线在低温下还劈裂为相差 10cm- 1 的两条线 .采用激光选择激发技术研究了Yb3 离子在FAP和C3S2 _FAP晶体中的格位特征 ,结果表明Yb3 离子在这两种基质中都只占据Ca(Ⅱ )格位 ,但由于CaF2 的挥发 ,导致了Ca(Ⅱ )格位的局部畸变 .     

掺镱氟磷酸钙晶体实现激光连续运转

掺镱类激光晶体由于具有大的受激发射截面和长的上能级寿命 ,近年来被人们普遍看好为未来激光惯性约束核聚变研究所需要的首选激光材料。掺镱的氟磷酸钙 [Yb:Ca5( PO4) 3F,简称 Yb:FAP]晶体的发射截面为 5 .9× 1 0 - 2 0 cm2 ,上能级寿命为 1 .0 8ms,因此特别适合作高能量激光增益介质。最近我们采用中国科学院上海光学精密机械研究所新生长的高质量Yb:FAP晶体 ,首次在国内实现了连续激光输出。实验中采用的晶体尺寸为 5 mm× 5 mm×1 0 mm,Yb离子的实际掺杂的原子数分数为 1 .3%。考虑到 Yb:FAP晶体的吸收特性和发射特性 ,我们在…     

Yb∶YAG晶体的光谱和激光性能

研究了Yb∶YAG晶体的光谱特性, 通过不同掺杂浓度的Yb∶YAG晶体的荧光寿命的测定, 确定了Yb3+在Yb∶YAG晶体中的最佳掺杂浓度, 用合作上转换机制解释了高浓度掺杂时的荧光浓度猝灭效应, 研究了掺杂原子分数为0.2的晶体微片的激光性能.     

白光LED用新型Ce,Pr掺杂的YAG单晶荧光材料的光谱性能研究

为了改善白光LED用荧光材料效率低、均匀性差、光衰大、寿命短及物化性能差等不足,本文采用单晶荧光材料取代荧光粉来制备白光LED,并对白光LED用新型YAG单晶荧光材料的制备和光谱性能进行了研究.采用提拉法生长了白光LED用Ce∶YAG及Pr,Ce∶YAG晶体,并通过吸收光谱,激发、发射光谱对晶体材料的光谱特性进行表征.研究表明,Ce∶YAG单晶荧光材料可以被发射波长460 nm左右的蓝光芯片有效激发,产生一个范围为480~650 nm宽峰发射.通过Pr3+,Ce3+离子共掺杂可以有效补偿Ce3+离子单掺杂YAG荧光材料发光中的红色发光成分.     

Yb∶FAP晶体的光谱特性

研究了Yb∶FAP晶体的光谱特性.用980nm的InGaAs激光二极管激发测量了Yb∶FAP晶体的偏振发射光谱和荧光寿命,结合晶体的偏振吸收光谱,采用对易法计算了晶体的吸收截面和发射截面.讨论了Yb3+掺杂浓度对Yb∶FAP的光谱参数的影响.在较低掺杂浓度下,Yb∶FAP晶体π偏振方向在903nm处的吸收截面为10×10-20cm2,在1.043μm处的发射截面为5.8×10-20cm2,激光上能级的荧光寿命为1.1ms.比较了Yb∶FAP晶体和Yb∶YAG晶体的光谱性能参数.     

共掺Na+的Yb3+∶CaF2晶体的荧光分析与低阈值激光运转

基于975nm激发的室温下荧光光谱测量，系统地研究了在新型钠、镱共掺的氟化钙晶体中钠离子的作用机理，分析了掺钠离子浓度与激光阈值的关系，获得了具有最低激光阈值的掺杂浓度优化配比. 激光实验表明对于2%Yb³⁺离子浓度的氟化钙，掺入3%的钠离子能够获得最低阈值的激光运转，这与理论和荧光分析完全一致. 关键词： 镱、钠共掺氟化钙 荧光光谱 激光阈值     

Yb:YAG及Cr,Yb:YAG晶体的发光特性

研究了室温下YbYAG的上转换荧光光谱,此荧光归因于Yb3+离子的"合作"发光和Yb3+离子到稀土杂质离子的能量转移.测试了YbYAG晶体的X射线荧光,发光峰对应于电荷迁移态到Yb3+离子的基态、激光态间的跃迁.研究了Cr,YbYAG晶体的荧光光谱,讨论了Cr4+激光输出的可能性.     

Yb∶Y_3Al_5O_(12)晶体晶格振动光谱的研究

采用提拉法生长Y3Al5O12(YAG)晶体和Yb3 掺杂原子数分数分别为5%,10%,15%,20%,25%,50%和100%的Yb∶Y3Al5O12(Yb∶YAG)晶体。系统表征和分析了Yb3 掺杂浓度对拉曼光谱的影响。随着Yb3 掺杂浓度的增加,晶体的振动模式没有明显的变化,晶体结构没有改变;在370 cm-1和785 cm-1附近,振动吸收峰的半峰全宽逐渐增大。分析得出,Yb3 掺杂浓度对晶体的晶格、对称性、荧光寿命均有影响,从而可能影响到晶体的光谱和激光性能。     

Yb~(3 )离子掺杂浓度对Yb∶YAG晶体发光及荧光寿命的影响

研究了不同掺杂浓度Yb∶YAG晶体的发光特性和荧光寿命·Yb3 在YAG晶体中的掺杂浓度分别为5at%、10at%、20at%、30at%·Yb3 离子掺杂浓度越高,Yb∶YAG晶体的吸收系数越大·采用940nm波长的LD泵浦源和TRIAX550荧光谱仪,对这一系列掺有不同浓度Yb3 的Yb∶YAG晶体进行了荧光光谱的测定.结果表明:在1030nm主发光波段的荧光强度以10at%Yb∶YAG的为最强·同时发现它在450nm~680nm波段有明显的可见发光,其强度随Yb3 掺杂浓度的增加而迅速地增强·Yb∶YAG晶体的荧光寿命存在浓度猝灭现象,对猝灭机制进行了分析研究,指出浓度猝灭的主要原因是合作发光和痕量稀土离子的上转换发光·     

铬、钕双掺钆镓石榴石(Cr~(4+),Nd~(3+))∶Gd_3Ga_5O_(12)激光晶体光学性能的研究

用提拉法生长了掺铬、钕的钆镓石榴石(Cr4+,Nd3+∶GGG)自调Q激光晶体。报道了室温下的吸收光谱和荧光光谱特性。分析了Cr离子浓度对光谱性质的影响。比较了Cr4+∶GGG,Nd3+∶GGG和(Cr4+,Nd3+)∶GGG晶体吸收光谱的关系。测量了(Cr4+,Nd3+)∶GGG晶体和Nd3+∶GGG晶体的荧光寿命,它们分别是33μs和250μs。实验表明,(Cr4+,Nd3+)∶GGG晶体是一种非常有潜力的自调Q激光晶体,可以实现大功率激光器的小型化和全固态化。     

Yb3+离子掺杂浓度对Yb∶YAG晶体发光及荧光寿命的影响

研究了不同掺杂浓度Yb∶YAG晶体的发光特性和荧光寿命.Yb3+在YAG晶体中的掺杂浓度分别为5at%、10at%、20at%、30at%.Yb3+离子掺杂浓度越高，Yb∶YAG晶体的吸收系数越大.采用940 nm波长的LD泵浦源和TRIA X550荧光谱仪，对这一系列掺有不同浓度Yb3+的Yb∶YAG晶体进行了荧光光谱的测定.结果表明:在1030 nm主发光波段的荧光强度以10at%Yb∶YAG的为最强.同时发现它在450 nm-680 nm波段有明显的可见发光，其强度随Yb3+掺杂浓度的增加而迅速地增强.Yb∶YAG晶体的荧光寿命存在浓度猝灭现象，对猝灭机制进行了分析研究，指出浓度猝灭的主要原因是合作发光和痕量稀土离子的上转换发光.     

镱钠共掺氟化钙锶混晶近红外光谱与激光参数

研究了15％Yb,20％Na:CaF2-SrF2混晶(Yb,Na:CaF2-SrF2,CaF2:SrF2=1:1)的近红外光谱和激光参数特性.研究显示,Yb,Na:CaF2-SrF2混晶在974 nm处吸收带宽为22 nm,吸收系数为13.09 cm-1,吸收截面为0.31×10-20 cm2.Yb3+离子在CaF2-...     

Er/Yb共掺硅酸盐玻璃的光致发光

采用固相反应方法，制备了Er³⁺离子浓度为0.5 at.%，Yb掺杂浓度范围为0.0— 6.0 at.%的Er/Yb共掺激光玻璃，并对激光玻璃的吸收光谱和光致荧光光谱进行了分析.研究 结果显示，Yb³⁺掺杂对Er³⁺在980 nm附近的吸收起到了非常显著的 增强作用.在 980 nm的激光抽运下，激光玻璃在1530 nm处的光致发光强度随着Yb离子浓度 的增加而先增大后减小， 当Yb³⁺离子浓度为Er³⁺离子浓度6倍时光 致发光强度达到最大值.同时还发现了Yb³⁺对Er³⁺的光致荧光光谱 的展宽作用，并讨论了荧光光谱的展宽机理. 关键词： Er/Yb共掺玻璃 光致发光 吸收光谱     

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Yb硼硅酸盐玻璃的光学特性及其双光子合作上转换荧光

采用高温固相反应方法制备了不同掺Yb浓度的硼硅酸盐玻璃．通过室温吸收光谱、光致荧光光谱及Raman光谱的测量，系统地研究了掺Yb激光玻璃近红外的光致荧光特性．给出了硼硅酸盐玻璃中的Yb^3＋的吸收和发射截面，计算了Yb^3＋-^2F5/2能级的自发辐射寿命，并对Yb离子对的团簇上转换荧光进行了测量和分析，给出了Yb离子团簇上转换荧光光子能量与红外荧光光子能量以及声子振动能量的关系．     

紧凑的新型Yb:GdYAB自倍频激光器

报道了一种新型自倍频晶体Yb∶Gd0.2Y0.75(BO3)4(Yb∶GdYAB)在二极管激光器端面抽运条件下的连续光激光运转。为了实现紧凑的新型全固态激光器的激光运转,设计了一个平平谐振腔,两个镜子的分开距离仅为1 cm,在这种腔结构下,得到了中心波长为1044 nm的基频激光输出,当吸收抽运功率为4.22 W时,基频激光的最大输出功率为1.38 W,相应功率曲线最大斜效率为54%。为获得有效的自倍频激光输出,换用了平凹腔进行了自倍频实验。自倍频光运转阈值仅为900 mW,在吸收抽运功率为3.9 W的条件下,得到144 mW的自倍频绿色激光输出,获得从二极管激光器到绿光的直接光-光转换效率为3.7%。实验结果表明Yb∶GdYAB作为一种新型的自倍频晶体,对于紧凑的1μm波段的基频光和自倍频可见光激光器都有着很大的应用潜力。     

共掺Na+的Yb3+:CaF2晶体的荧光分析与低阈值激光运转

基于975nm激发的室温下荧光光谱测量,系统地研究了在新型钠、镱共掺的氟化钙晶体中钠离子的作用机理,分析了掺钠离子浓度与激光阈值的关系,获得了具有最低激光阈值的掺杂浓度优化配比.激光实验表明对于2%Yb3+离子浓度的氟化钙,掺入3%的钠离子能够获得最低阈值的激光运转,这与理论和荧光分析完全一致.