Er3+2.79μm激光器转镜调Q系统的特性分析

当YSGG、GGG、GSGG、YAG、YLF作为基质材料时，Er3+的4I11/2 能级和4I13/2 能级之间能够跃迁产生2.7~3μm的激光，该波段激光在医疗、军事等方面有着重要的应用价值。在790nm泵浦光作用下，Er:YSGG作为工作物质可产生2.79μm激光。通过构建Er:YSGG能级跃迁的速率方程，对转镜调Q激光器的系统特性进行了理论分析，并在此基础上进行数值模拟，得出了在给定激光工作物质参数的情况下，系统的各个变量对转镜调Q激光器性能的影响。这些结论将为类似实验的设计和改进提供理论指导。     

Yb,Er,Eu:YAP中红外激光晶体的生长与光谱特性

用提拉法成功生长出3种不同掺Eu3+浓度的优质Yb,Er,Eu:YAP激光晶体,并对其光谱特性进行了研究。测量了晶体在320~3 000nm波段内的吸收光谱,晶体在978nm附近有强的吸收峰和宽的吸收带。用波长为975nm的LD连续激光和OPO光参量脉冲激光激发分别获得了晶体的稳态和瞬态荧光光谱,采用单指数衰减拟合得到2.7~3.0μm激光上下能级寿命。与单掺Er:YAP晶体的光谱参数进行了比较,对Yb3+的敏化及Eu3+的退激活机理进行了分析。结果表明,Yb3+和Eu3+可分别作为Er3+的敏化剂和退激活剂,增宽978nm附近的吸收带和降低激光下能级(4I13/2)与上能级(4I11/2)寿命的比值(4.1,3.1和2.7);而在单掺Er:YAP晶体,下能级与上能级寿命的比值高达10.8,不利于激光性能的提高。因此,Yb,Er,Eu:YAP是一种更适合LD泵浦,有望实现低阈值、2.7~3.0μm高效率激光输出的新型激光晶体。     

γ射线辐照对Cr掺杂MgAl2O4晶体光谱特征的影响

为评估辐照对Cr:MgAl₂O₄晶体光谱特性的影响,采用辐照剂量为100 Mrad的⁶⁰Co γ射线照射抛光后的Cr:MgAl₂O₄晶体样品片,测量了辐照前后的拉曼光谱、透射光谱和荧光特性,并对辐照前后光谱变化的原因进行了分析。研究结果表明:样品的拉曼振动峰值的位置和强度都受到辐照的影响,但振动峰的数量没有改变;由于色心的吸收,辐照后250～600 nm波长范围内的透射率均明显降低;辐照前后样品的荧光发射峰位一致,但辐照后荧光强度明显降低,同时辐照后的荧光寿命显著增加。     

激光二极管纵向抽运Nd:GSGG全固化激光器的输出特性

Nd∶Gd3Sc2Ga3O12(Nd∶GSGG)晶体具有荧光寿命长、物化性能稳定、易实现Nd3 离子高浓度均匀掺杂以及易于制成大尺寸无应力和杂质核心类缺陷的激光晶体元件等优点,是一种潜在的优良激光材料。为了研究其激光特性,在不同腔长、抽运半径和抽运波长情况下,对激光二极管(LD)纵向抽运的非对称平行平面腔Nd∶GSGG全固化激光器的输出特性进行了实验研究。在抽运功率为2355 mW时,实现了稳定的345 mW激光输出,光-光转换效率为14.65%,斜率效率为16.61%,输出光斑呈现出较好的空间分布。     

Er:GSGG 晶体的光谱性质分析及激光特性模拟研究

测试和分析了Er:GSGG的吸收光谱和荧光光谱。应用Judd-Ofelt理论计算了Er3+的强度参数、自发辐射跃迁几率、能级寿命、荧光分支比和吸收截面。结果表明,Er3+在4I13/2和4I11/2能级有较长的能级寿命,在966nm和790nm处有较大的吸收截面,在2.79µm处有较大的积分发射截面值,数值模拟了在966nm泵浦下激光输出特性,在泵浦速率达到一定值时,有较高的量子效率。结果表明Er:GSGG有望成为2.79µm波段的理想激光晶体。     

纳米发光材料Re（Nd，Yb）：GdAlO3的合成、结构及发光性能

采用共沉淀方法,以Gd2O3、Al(NO3)3·9H2O、Nd2O3(Yb2O3)为原料、氨水为沉淀剂,合成了Nd:GdAlO3(5%(原子分数))和Yb:GdAlO3(5%(原子分数))纳米多晶粉末,采用X射线衍射(XRD)和Rietveld精修方法对晶体结构进行了研究,采用场发射扫描电镜(FESEM)对晶体的形貌进行了研究,同时对晶体的发射光谱进行了测量.XRD结果表明,在较低的煅烧温度和较短的煅烧时间下(1000℃,保温3h)可获得纯Nd:GdAlO3和Yb:GdAlO3晶相,同时晶粒尺寸随着煅烧温度的升高而增大.Rietveld精修结果表明半径较大的Nd3 离子的掺杂,使GdAlO3晶体结构有从正交相向四方相转变的趋势.FESEM结果表明,颗粒大小均在纳米尺寸范围之内,且具有较好的分散性.在Nd:GdAlO3晶体的发射光谱中,在927、1077和1335nm附近出现的3个发射峰分别对应于Nd3 的4F3/2→4I9/2、4F3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2跃迁;在Yb:GdAlO3晶体中,主要发射峰波长位于979、997和1028nm处,其中1028nm处为最强发射峰,对应于Yb3 的2F5/2→2F7/2跃迁.     

新型GYSGG(GdxY3-xSc2Ga3O12)晶体的生长、结构及透过光谱研究

采用提拉法成功生长出高质量的GYSGG(Gd_0.63Y_2.37Sc₂Ga₃O₁₂)晶体, 对其结构及透过光谱进行了研究。GYSGG晶体的晶格常数大于目前常用的GGG 和CaMgZr:GGG,介于YSGG与GSGG之间。可通过改变晶体中Gd与Y的比例, 获得应用中所需不同晶格常数的晶体基片。另外, 晶体三个结晶面的摇摆曲线有对称的形状和较小的半高宽, 表明晶体有较好的结晶完整性。观察分析了晶体三个结晶面的位错腐蚀图。透过光谱分析表明晶体有宽的透光波段, 将计算得到的折射率曲线拟合得到了折射率塞米尔方程系数。因此, GYSGG不仅是一种优良的激光基质晶体, 也是一种宽波段窗口材料和潜在的具有较大晶格常数, 并且晶格常数可调的新型磁泡应用衬底材料。     

氙灯抽运Er∶YAP晶体的中红外激光性能

采用氙灯抽运研究了原子数分数为10%的Er³⁺掺杂的YAP晶体在2.7～3μm波段的激光性能,使用3种不同透射率的输出镜,实现了最大输出能量为1173 mJ@1 Hz、1284 mJ@5 Hz、495 mJ@10 Hz、104 mJ@20 Hz的激光输出,对应的斜率效率分别为0.80%、0.99%、0.84%和0.44%。当重复频率为5 Hz,透射率为15%时,该晶体具有最大的输出能量和激光效率,相应的平均输出功率达到了6.42 W,约是目前已报道最好结果的4倍。测量了不同输入功率下Er∶YAP激光的光束质量,随着输入功率的增加,其光束质量逐渐下降。在输出激光中观察到了波长分别为2710,2728,2795,2918 nm的4条激光谱线。因此,Er∶YAP晶体可以实现优良的多波长中红外激光输出。     

铒掺杂增益介质实现2.7—3 μm波段激光输出的研究进展

m波段掺Er³⁺激光增益介质凭借其独特的优点在生物医学、环境探测及非线性光学等领域有着重要的应用。但由于Er³⁺的⁴I13/2下能级寿命长于上能级⁴I11/2 ,导致激光阈值高、热效应严重等问题,众多研究者采取退激活、热键合、单晶光纤(single crystal fiber,SCF) 、级联激光及低声子能量等方式致力于探索低阈值、高光束质量的增益介质。近10年来,相较于同波段的其他介质,掺Er³⁺激光增益介质发展成熟,相应的激光性能日渐提升,有望在其应用领域得到进一步的发展。本文综述了以YAG(Y₃Al₅O₁₂)、YSGG(Y₃Sc₂Ga₃O₁₂)、YAP(YAlO₃)等为主的Er³⁺掺杂激光晶体、以Y₂O₃、Lu₂O₃为主的Er³⁺掺杂透明陶瓷和以ZBLAN(ZrF₄-BaF₂-LaF₃-AlF₃-NaF)为主的Er³⁺掺杂氟锆玻璃的研究进展情况,其中重点介绍了相关结果与实验方案并对未来的发展趋势进行了展望。     

Yb,Ho,Pr:GYTO晶体生长、结构及光谱性能（特邀）

首次采用提拉法成功生长出了新型中红外激光晶体Yb,Ho,Pr:GYTO,采用X射线Rietveld精修方法得到了晶体的结构参数。测量了Yb,Ho,Pr:GYTO晶体（100)、(010)和(001)衍射面的X射线摇摆曲线,衍射峰的半峰宽分别为0.036°、0.013°和0.077°,表明生长出的晶体是单晶并且具有较高的结晶质量。采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法测定了Yb,Ho,Pr:GYTO晶体中Yb3+、Ho3+、Pr3+和Y3+的浓度,Yb,Ho,Pr:GYTO晶体中Yb3+、Ho3+、Pr3+和Y3+的有效分凝系数分别为0.624、1.220、1.350和0.977。测量了Yb,Ho,Pr:GYTO晶体室温下的极化吸收谱,并指认了相应的能级吸收跃迁。940 nm半导体激光器激发的2.9 μm荧光光谱表明,最大发射波长为2908 nm。此外,还论证了GYTO中Yb-Ho-Pr的能量传递机制。与Ho:GYTO晶体相比,Yb,Ho,Pr:GYTO晶体的5I₇能级寿命降低了87.13%,与上能级5I₆的寿命相近,说明Yb,Ho,Pr:GYTO晶体更容易实现粒子数反转和激光输出。