激光加热基座法生长高质量Yb~(3+)掺杂Y_3A_(l5)O_(12)单晶光纤（英文）

单晶光纤即具有光纤形态的单晶材料,是功能晶体材料一维化发展的重要体现。单晶光纤兼具单晶材料优异的光学性能和激光光纤散热效率高、光束质量高等特点,有望解决传统玻璃材质激光光纤非线性效应强、热导率低等瓶颈问题,实现激光峰值功率、脉冲能量等性能的突破。本工作采用自主研制的激光加热基座(Laser-heated Pedestal Growth,LHPG)单晶光纤炉制备了两组Ф0.2 mm×710 mm的Yb~(3+)掺杂Y_3Al_5O_(12)(Yb:YAG)单晶光纤,并对其进行了表征。制备的单晶光纤长径比大于3500,直径波动小于5%,且表现出一定的柔韧性;X射线摇摆曲线测试结果显示Yb:YAG单晶光纤的结晶质量与所用源棒相比有所提升;EDS线扫描结果证明单晶光纤中的Yb~(3+)沿轴向呈现均匀分布。实验结果表明:准一维化的单晶光纤具有良好的结晶质量与光学均匀性,有望成为一种性能优异的高功率激光增益材料。     

Al3+/Yb3+/P5+掺杂对石英玻璃紫外透过和紫外激发荧光的影响

采用溶胶-凝胶法结合高温真空烧结工艺制备了不同浓度的Al³⁺/Yb³⁺/P⁵⁺掺杂石英玻璃。研究了P⁵⁺和Al³⁺的引入对Yb³⁺掺杂石英玻璃紫外透过和紫外激发荧光光谱, 以及Yb4d电子结合能的影响, 并初步探索了其机理。研究结果表明, Al³⁺/Yb³⁺/P⁵⁺掺杂石英玻璃在190~300 nm波段的吸收主要来源于O^2-→Yb³⁺的电荷迁移吸收, 其谱带位置和Yb4d电子结合能随Yb³⁺的第二配位元素(Al、Si、P)电负性增大向高能方向移动。真空烧结条件下, 引入Al³⁺会引发石英玻璃中Yb³⁺还原为Yb²⁺, 其典型的吸收峰位于330 nm处; 然而, 在Al³⁺/Yb³⁺共掺的基础上再引入P⁵⁺, 且P⁵⁺/Al³⁺摩尔比大于1时, 可以有效抑制Yb²⁺的形成。紫外光激发引起的近红外发光(976 nm)是电子从电荷迁移态弛豫到Yb³⁺激发态向基态跃迁的结果, 可见发光(525 nm)归因于Yb²⁺的5d→4f跃迁。本文研究结果对通过优化工艺和调整组分制备出高性能的Yb³⁺掺杂光纤具有一定的指导意义。     

高光学质量Yb:YAG透明陶瓷的制备及激光参数研究

以高纯Y₂O₃, α-Al₂O₃, Yb₂O₃粉体作为原料, 采用固相反应和真空烧结法(1750 ℃, 30 h)制备了高光学质量的Yb:YAG透明陶瓷。5.0at% Yb:YAG陶瓷中Yb ³⁺的实测浓度为6.41×10 ²⁰ cm ^-3, 晶胞密度为4.65 g/cm ³。本工作重点研究了Yb:YAG陶瓷的显微结构、光谱特性和激光性能参数。场发射扫描电镜(FESEM)结果表明, Yb:YAG陶瓷的结构均匀致密、晶界干净平直, 平均晶粒尺寸为(19±3) μm。该陶瓷样品(厚度为4.0 mm)在400 nm处的直线透过率为82.5%, 在1100 nm处的透过率为85.2%。泵浦波长940 nm处的泵浦饱和光强最小, 激光波长1030 nm处的泵浦阈值功率最低, 940 nm泵浦1030 nm激光的品质因子为1.02×10 ^-22 cm·s。通过计算增益截面表明Yb:YAG陶瓷宽带可调谐, 是理想的激光增益材料。     

溶胶-凝胶法制备Al3+、Yb3+掺杂石英光纤纤芯的研究

以正硅酸乙酯、氯化铝和氯化镱为前驱体, 用溶胶-凝胶法制备了Al³⁺、Yb³⁺掺杂石英光纤纤芯。采用ICP-AES分析发现: 碱催化的掺杂硅凝胶上下层组分存在较大差异, 酸催化条件能够消除组分差异。将酸催化溶胶经凝胶化、热处理、玻璃化、光学加工, 获得了φ2.5 mm×50 mm的芯棒。测试2 mm厚芯棒玻璃的光谱和荧光寿命, 1020 nm的荧光寿命为896 μs, 羟基含量为0.4×10^-6, 并通过显微拉曼光谱分析玻璃结构。采用管棒法制备预制棒, 2000℃高温拉制了Al³⁺、Yb³⁺掺杂单包层石英光纤。用光纤折射率分布测试仪测得纤芯折射率波动Δn小于2×10^-4, 表明纤芯具有良好的光学均匀性。本研究结果提供了一种大模场掺镱石英光纤纤芯材料的制备方法, 并为溶胶-凝胶法制备均匀多组分材料的研究提供了理论参考。     

Gd2O3下转换发光材料的制备及光学性能研究

通过溶胶-凝胶法制备了Er³⁺/Yb³⁺双掺杂的Gd₂O₃下转换发光材料,按照掺杂摩尔百分比n(Gd³⁺)∶n(Er³⁺)∶n(Yb³⁺)=100∶2:x（x=0,3,6,9）调整Yb³⁺的掺杂比例,通过XRD、SEM、荧光光谱和荧光衰减研究了Er³⁺/Yb³⁺双掺对Gd₂O₃发光材料晶体结构、微观形貌、发光性能和量子传递效率的影响。结果表明,Er³⁺/Yb³⁺的掺杂没有改变Gd₂O₃的晶体结构,但使样品的特征衍射峰出现了高角度偏移;所有样品的晶粒尺寸约为65～85 nm,均属于纳米材料;随着Yb³⁺掺杂量的增加,样品在可见光区域和近红外光区域的衍射峰强度均表现出先升高后降低的趋势,其中2Er:3Yb掺杂比例的Gd     

基于光致变色荧光粉发光可逆调控和颜色对比的光存储和防伪应用（英文）

光致变色和光致发光是两种有趣的光学现象,它们在单一材料中的结合可以应用于多级防伪和光学记忆存储等器件.然而,在双光刺激下开发一种同时具有光致变色和光致发光的材料是一个挑战.本工作利用缺陷诱导色心的形成制备了光致变色SrWO₄:Yb³⁺,Er³⁺,Bi³⁺荧光粉,在254 nm紫外光和473 nm激光交替照射下,获得了从白色到暗黄色的可逆光致变色.SrWO₄:Yb³⁺,Er³⁺,Bi³⁺的光致变色效应引起了可逆光致发光调控.基于相应的颜色对比和发光强度变化,实现了SrWO₄:Yb³⁺,Er³⁺,Bi³⁺荧光粉的光存储和防伪应用.在实际应用中,柔性SrWO₄:Yb³⁺,Er³⁺,Bi³⁺薄膜作为一种很有前途的替代材料,既能满足多样化的要求又能提...     

几种重金属氧化物和GeO2的加入对掺Yb3+氟磷玻璃的光谱和激光性能的影响

实验对比研究了Ga₂O₅、TeO₂、GeO₂、WO₃、Nb₂O₅和Bi₂O₅金属氧化物的掺入对氟磷激光玻璃的光谱和激光性能的影响。结果表明, TeO₂、GeO₂和Ga₂O₅的加入增大了Yb³⁺的吸收和发射截面; 其中, 掺有TeO₂的氟磷玻璃的Yb³⁺吸收和发射截面最大, 分别达到了1.95 pm²和0.85 pm²。Ga₂O₅、Nb₂O₅和GeO₂的加入对玻璃激光性能的提高具有极大的帮助; 其中, 在掺有Ga₂O₅的氟磷玻璃中激光参数SFL值最大, 为1.237。同时发现, 在TeO₂和GeO₂掺杂氟磷玻璃中也存在严重的Yb³⁺荧光俘获现象, 大大减弱了其激光性能。     

Yb~(3+)∶LiYF_4激光晶体的生长与光谱性能

报道了氟化物激光晶体Yb3+∶LiYF4的单晶生长与光谱性能。按照n(LiF)∶n(YF3)∶n(YbF3)=51.5∶47.5∶1.0制备配合料,经干燥HF气氛下的固相烧结合成制备出无水Yb3+∶LiYF4多晶料;采用非真空密闭条件下的坩埚下降法成功生长出系列12 mm尺寸的透明完整Yb3+∶LiYF4单晶。采用化学分析和光谱测量表征了所生长单晶的掺杂浓度和光谱性能,结果表明,Yb3+离子已成功掺杂进入基质晶体,其有效分凝系数估算为0.455;此单晶在较宽波长范围内具有良好光学透过性,在896 nm波长激发光作用下,该单晶具有930~1 030 nm波长范围的荧光发射,其荧光衰减寿命为1 888μs。     

CaF2:Yb3+/Er3+/X(X= Li+, Na+, K+)近红外二区发光性能研究

利用热分解法制备了CaF₂:Yb³⁺/Er³⁺纳米颗粒,通过改变Yb³⁺和Er³⁺的掺杂浓度对其近红外二区(NIR-II)发光性能进行调节,研究结果表明,当Yb³⁺掺杂浓度为20%,Er³⁺掺杂浓度为2%时,在980 nm光源激发下,NIR-II发光性能最强,且纳米颗粒分散性良好,尺寸均匀。然后,进一步研究了不同的碱金属离子(Li⁺、Na⁺、K⁺)共掺杂对其NIR-II发光性能的影响,研究结果表明,Li⁺掺杂因不利于纳米颗粒成核导致NIR-II发光性能降低,Na⁺和K⁺掺杂均有利于NIR-II发光性能提升。相比而言,K⁺离子半径更大,更有利于破坏晶体场的局部对称性,因此,在K⁺共掺杂的情况下NIR-II发光性能最强。     

固体激光用Nd:Lu2O3透明陶瓷的制备和光学性能研究

Nd:Lu₂O₃材料由于具有高热导率、低声子能量和优异的光学特性而成为非常有前景的高功率固体激光器用的增益介质。但Lu₂O₃单晶的熔点超过2400 ℃, 难以生长, 而Lu₂O₃陶瓷既能在低温下制备, 又具有与晶体相当的光学性质和激光性能从而备受关注。本研究制备了高透明的Nd:Lu₂O₃陶瓷并对其光学性质和激光性能进行探究。以共沉淀法制备的纳米粉体为原料, 采用真空烧结结合热等静压(HIP)两步烧结法制备了1.0at%Nd:Lu₂O₃透明陶瓷。对制备的粉体、素坯和陶瓷的微结构进行了表征: HIP后处理的陶瓷平均晶粒尺寸是724.2 nm。厚度为1.0 mm的1.0at%Nd:Lu₂O₃透明陶瓷在1100 nm处的直线透过率是82.4%, 样品在806 nm处的吸收截面为1.50′10^-20 cm², 而根据荧光光谱计算得到的发射截面为6.5′10^-20 cm²。分别在878.8 和895.6 nm波长激发下, 1.0at%Nd:Lu₂O₃透明陶瓷⁴F_3/2·⁴I_11/2跃迁的平均荧光寿命均为169 ms。当输出耦合镜的透过率T_OC=2.0%时, 退火后的1.0at% Nd:Lu₂O₃透明陶瓷获得了最大输出功率为0.47 W的准连续(QCW)激光输出, 斜率效率为8.7%。本研究成功制备了显微结构均匀、高透明度的1.0at%Nd:Lu₂O₃陶瓷, 并展示了其在固体激光增益介质领域的广阔应用潜力。     

Nd3+/Yb3+共掺La2O3-TiO2-ZrO2微晶玻璃的制备及上转换发光研究

利用气悬浮方法制备了Nd³⁺/Yb³⁺共掺La₂O₃-TiO₂-ZrO₂前驱体玻璃, 通过热处理获得了微晶玻璃。通过DTA对前驱体玻璃的热稳定性进行了研究。利用光致发光谱, TEM和EDS对微晶玻璃进行了表征分析, 并研究了热处理对上转换发光的影响。结果表明: 玻璃转变温度和析晶起始温度分别为799℃和880℃. 在980 nm激光激发下, 样品发射出中心位于497, 523, 545, 603和657 nm处的五条发光带。热处理后样品上转换发光强度提高, 经过880℃保温50 min热处理的微晶玻璃显示了最强的上转换发光, 在545 nm处的发光强度是前驱体玻璃的11倍, 这是由于在微晶玻璃基质中存在致密柱状晶和Nd³⁺离子在晶体中富集造成的。     

Fiber single crystal growth by LHPG technique and optical characterization of Ce-doped Lu2SiO5

The laser heated pedestal growth (LHPG) technique has been applied to grow undoped and doped Lu₂SiO₅:Ce³⁺ (LSO:Ce) single crystals fibers with stable diameter. The starting cerium concentration in the melt was [0.05–1] at.%. The thermal and growth conditions allowing pulling transparent single crystals fiber’s were optimised. The fibers have been grown under N₂ + 1% O₂ atmosphere (1 bar). The Ce³⁺ segregation coefficient is 0.28 greater than the crystal grown by Czochralski technique. The as grown fibers demonstrated scintillating properties.     

The study of 1.06 μm laser characteristics of Nd:KGd(WO4)2 crystal

This paper presents laser characteristics of neodymium-doped potassium gadolinium tungstate (KGW) crystals grown in our institute. The maximum laser output was 358.4 mJ a pulse at wavelength 1.067 μm when a Nd³⁺:KGW rod with dimensions of 3.4 mm×24 mm was pumped by a single xenon flashlamp. The overall and slope efficiencies are 1.7% and 3.3%, respectively. A laser output of 204 mW with an optical to optical efficiency of 60% has been obtained when the KGW:Nd³⁺ crystal with dimensions of 5 mm×5 mm×5 mm was pumped by a sapphire laser.     

无容器制备Er3+/Yb3+共掺La2O3-TiO2-ZrO2玻璃及其上转换发光研究

利用无容器技术制备了(La_0.94-xEr_0.06Yb_x)(Ti_0.95Zr_0.05)_2.25O₆(x=0~0.24, 间隔0.04)球状透明玻璃, 其稀土离子掺杂浓度最大值达到30%。通过DTA分析发现, 玻璃具有很好的热稳定性, x=0时玻璃化转变温度T_g和析晶起始温度T_o分别为818℃和906℃, ΔT(ΔT= T_o-T_g)为88℃, 玻璃形成能力较低。随着Yb³⁺浓度提高, T_g、T_o和ΔT逐渐下降, 说明Yb³⁺降低了玻璃的热稳定性和形成能力。利用紫外可见分光光度计测定了样品的吸收/透过光谱, 玻璃在975 nm具有很强的吸收峰, 表明Yb³⁺可以有效提高玻璃对入射光的吸收强度; 在可见光范围内除特征吸收外具有近70%的透过率, 说明玻璃具有良好的透可见光性能, 有望获得高强上转换发光输出。上转换荧光光谱研究表明: 在980 nm激光泵浦下, 获得了中心位于535、554和672 nm处的绿、红发光带, x=0.16的发光最强, 672 nm处的红光强度是x=0的近130倍。上转换发光强度与泵浦功率关系的分析表明: 535、554 nm处的绿光和672 nm处的红光发光均是双光子发光过程。     

NaGd(WO4)2:Yb3+/Tm3+反蛋白石光子晶体的制备与上转换发光调制研究

三维光子晶体具有长程有序的结构特点, 在可见和近红外光谱范围内有着广泛的应用。光子晶体的一个重要性质是其对嵌入其中的发光中心自发辐射具有调制作用。本研究利用自组装和模板辅助法制备高质量的三维NaGd(WO₄)₂:Yb³⁺/Tm³⁺反蛋白石光子晶体, 探究了光子带隙对Tm³⁺离子上转换荧光发射与发光动力学的调制作用。通过对比分析发现, 由于反蛋白石光子晶体独特的周期性大孔结构和光子带隙效应, 处于光子带隙内的Tm³⁺离子¹G₄-³H₆的发光强度被抑制约45%, 自发辐射速率(SDR)被抑制约30%, 同时上转换局域热效应得到有效的调制。本实验结果对探索新型高效稀土掺杂上转换发光材料和提高上转换发光效率有指导意义。     

溶液法CH3NH3PbCl3单晶的生长与性能研究

分别采用蒸发结晶法和逆温结晶法生长尺寸约为4 mm×3 mm×3 mm的CH₃NH₃PbCl₃单晶。对两种方法生长的单晶粉体的XRD分析结果显示, 单晶具有立方晶系结构, 其晶格常数分别为0.56833、0.56891 nm。实验测量了CH₃NH₃PbCl₃单晶的红外光谱(FT-IR)和拉曼光谱, 并对谱峰进行了指认; 使用UV-VIS-NIR分光光度计、荧光光度计对CH₃NH₃PbCl₃单晶的光学性能进行了测试。结果表明: CH₃NH₃PbCl₃晶体的吸收边约为423 nm, 光致发光峰为433 nm, 带隙值为2.97 eV, 与CH₃NH₃PbCl₃薄膜的光学特性相比, CH₃NH₃PbCl₃单晶更具潜在的应用前景。最后, 结合第一性原理研究了CH₃NH₃PbCl₃晶体的能带结构, 计算得出带隙值2.428 eV, 与实验值吻合较好。     

Blue, green and 0.8 μm Tm, Ho doped upconversion laser glasses, sensitized by Yb

To obtain efficient upconversion laser glass, the optical properties of Tm³⁺ and Ho³⁺ were investigated in various glasses. Fluoride glass was selected as base glass for upconversion. The efficient upconversion fluorescences corresponding to the ¹G₄→³H₆ and ³H₄→³H₆ transitions of Tm³⁺ and the ⁵S₂→⁵I₈ transition of Ho³⁺ were observed in Yb³⁺-Tm³⁺ and Yb³⁺-Ho³⁺ doped aluminozircofluoride glasses excited at 980 nm. The very stronge blue and green emission light can be observed visually. The upconversion processes observed were two-photon processes for ³F₄→³H₆, ⁵S₂→⁵I₈ transitions and three-photon processes for the ¹G₄→³H₆ transition and can be described by a rate equation model. The energy transfer and energy back-transfer were analyzed in Yb³⁺-Tm³⁺ and Yb³⁺-Ho³⁺ systems. The relationship between emission intensity, pumping intensity and dopant concentrations is described using a rate equation model and shows good agreement with experiments. The dynamics of excited state ( ) is also analyzed with the diffusion-limited model based on Yokota-Tanimoto theory.     

Doping effect of urea on growth,spectral, thermal,mechanical, electrical,nonlinear and optical studies of Sr(HCOO)<Subscript>2</Subscript>·2H<Subscript>2</Subscript>O crystal: enhanced third-order NLO properties with a high laser-induced damage threshold

Pure and urea doped (with 3 different concentrations, viz. 0.005, 0.05, and 0.1 M) strontium formate dihydrate (SFD, Sr(HCOO)₂·2H₂O) single crystals were grown from aqueous solutions by using slow solvent evaporation technique. In order to understand the effect of urea doping on the structural, chemical, thermal, morphological, optical properties of SFD crystals, the grown crystals were characterized by carrying out CHN analysis, powder X-ray diffraction, high resolution X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectral, thermogravimetric, UV–Vis–NIR spectral, photoluminescence spectral, second harmonic generation efficiency, and Z-scan measurements. The results obtained indicate that the urea molecule have entered into the SFD crystal matrix and has improved the crystallinity. Also, the results indicate that urea doping significantly tunes the optical and thermal properties without significantly distorting the crystal structure of SFD crystal. The laser damage threshold (LDT) energy for the grown crystal has been measured by using a Q-switched Nd:YAG laser as a source in single-shot mode (1064 nm, 10 Hz, 420 mJ). The result of laser damage threshold (LDT) energy indicates that grown title crystal has excellent resistance to laser radiation than those of some known inorganic NLO materials. Its third-order nonlinear optical properties were investigated by Z-scan technique and proved that the grown crystal possesses two-photon absorptions (TPA) and the self-defocusing effect.