磁性材料、超导材料和器件

O482.2,O482.312007050039Tm3 掺杂玻璃激光致冷新方案的理论分析/孙海生,贾佑华,印建平(华东师范大学物理系光谱学与波谱学教育部重点实验室)//光学学报.―2006,26(10).―1522～1525.提出了一种用于块状Tm3 掺杂玻璃ZBLANP(ZrF4-BaF2-LaF3-NaF-PbF2)激光致冷的新方案,即通过两     

1645 nm陶瓷激光共振泵浦Tm∶CaYAlO4激光器1645 nm

用Er∶YAG陶瓷激光作为泵浦源研究了Tm∶CYA晶体激光输出特性。对Tm∶CYA采用共振泵浦的方式,分别研究了4.0 at.%和6.0 at.%两种掺Tm3+离子浓度的Tm∶CYA样品在5%和10%透过率输出耦合镜下的激光输出特性,并对激光光谱进行了比较分析。采用沿c轴切割的4.0 at.%掺Tm3+离子浓度的Tm∶CYA作为激光增益介质,在输出镜透过率为5%的情况下,当泵浦功率为2.46 W时,获得了最高功率为1.20 W的近衍射极限的TEM00的激光输出,光束质量因子M2约为1.1,对应的斜率效率达56.3%。     

2μm光纤激光器的研究进展

近年来,2μm波段的光纤激光器由于在测高、测距、大气遥感等方面具有重要的应用前景而引起了广泛关注.光纤激光器以其耦合效率高、散热好、转换效率高、阈值低、光束质量好和窄线宽等优点在激光领域中占据了重要的地位.介绍了实现2 μm激光输出的3个基本条件,并分别介绍了单掺Tm3+与Tm3+,Ho3+共掺2μm光纤态激光器的发展状况,指出掺Tm3+光纤激光器2 μm连续激光输出能量应该还有很大的提升空间,在脉冲输出方面,Tm3+、Ho3+共掺激光器是一个今后研究的热点.     

激光二极管抽运10%Yb∶YAG晶体微片获得5.2 W连续激光输出

本课题组于1996年首先在国内开始Yb∶YAG激光晶体研究;1997年于国内首次获得脉冲激光输出;1998年于国内首次获得连续波激光输出. 为了进一步提高Yb∶YAG激光晶体的品质,开展了以消除杂质离子和色心为目的的中频感应加热提拉法生长研究.生长中采用Al2O3、Y2O3和高纯Yb2O3粉料.已经能够生长掺杂浓度高达30at%的Yb∶YAG晶体毛坯,尺寸约为30 mm×(80～100) mm.同时通过高温氧化退火消除了色心. 在以色列本*古里安大学对本课题组生长的10at%掺杂Yb∶YAG晶体进行了高功率激光二极管抽运的激光实验,抽运波长为940 nm.实验中Yb∶YAG晶体的尺寸为Φ1.5×1 mm的微片,两平行端面抛光处理,一面镀940 nm波长的HT增透膜和1030 nm波长的HR高反膜作为激光腔的后腔镜,另一面镀1030 nm波长的AR增透膜.1030nm波长激光输出腔镜的透过率分别为1%、2%和5%,整个激光腔的长度为15 mm.在10°C低温条件下,激光二极管抽运功率为18 W和输出耦合镜的透过率为5%时, Yb∶YAG晶体微片获得的最大连续激光输出功率为5.2 W;对于三种不同的输出耦合率,分别得到高达33%的斜率效率,而且晶体的抽运阈值较低(为2.2 W).在实验过程中没有出现饱和现象.(OC9)     

2μm激光晶体Ho:YAP理论及实验分析

介绍了一种适合于掺杂Ho3+的激光基质,Ho:YAlO3(Ho:YAP)。这种基质相对于现阶段常用的Ho:YAG、Ho:YLF、Ho:GdVO4有着较为明显的优势,吸收谱线较宽、吸收截面大、各向异性、生长周期短、输出功率不易饱和等。通过计算证明了Ho:YAP作为激光晶体的可能性,并实验研究了Ho:YAP这种新激光晶体的输出特性。当注入Tm:YLF的功率为15.6 W时,得到8.57 W连续输出的、波长为2 118 nm的Ho:YAP激光。斜率效率达到63.7%,Tm:YLF到Ho:YAP的转换效率为54.5%,光束质量因子M2为1.39。     

激光二极管双端面抽运Tm:Ho:GdVO4 2 μm激光器

报道了激光二极管(LD)双端面抽运Tm∶Ho∶GdVO4固体激光器,在2.049μm处获得连续(CW)和准连续(QCW)激光输出。激光二极管为光纤耦合输出,光纤芯径400μm,数值孔径0.22,输出波长805 nm。激光二极管额定输出功率27.7 W,均分为两束双端面抽运激光晶体。晶体尺寸为4 mm×4 mm×7 mm,Tm,Ho掺杂原子数分数分别为5%,0.5%。分析了Tm∶Ho能级系统的主要能级跃迁和能量转换损耗。为提高激光器的输出功率和转换效率,激光晶体采用液氮制冷。在重复频率5 kHz,10 kHz,20 kHz,调Q以及连续运行模式下,获得了9.4~10.1 W的激光输出,光-光转换效率为34%~36%。最大单脉冲能量为1.9 mJ,最大峰值功率为0.13 MW。讨论了抽运光功率和重复频率对激光脉宽的影响。     

高功率激光二极管抽运的镱钠共掺氟化钙连续激光器

掺镱氟化钙(Yb3+:CaF2)激光器是最近国际上研究的热点之一,2008年报道的该类激光器,在64 W激光二极管(LD)的抽运下,实现了平均输出功率10.2 W的连续激光输出.利用国产镱钠共掺的氟化钙(Yb,Na:CaF2)激光晶体,采用三镜折叠腔型和激光二极管抽运,获得了该类激光器(Yb,Na:CaF2/Yb:CaF2)的高功率连续输出.实验参数为:输出耦合镜的透过率为4%,激光二极管的最大输出功率为40 W,中心波长为976 nm.当吸收抽运功率18.2 W时,获得了14.5 W的最高功率连续激光输出,相应的斜率效率为80%.结果表明,国产Yb,Na:CaF2晶体具有低激光阈值和高负载能力,是一种优良的高功率激光材料.     

Tm,Ho声光调Q激光系统理论与实验研究

利用激光速率方程理论,对Tm,Ho激光系统计算预测得出最佳耦合输出透过率和调Q激光脉冲宽度.实验采用Tm, Ho:LuLF为增益介质,三向侧面泵浦,环形腔声光调Q.选用透过率20%和30%的输出镜作对比.在透过率20%耦合输出时,得到调Q激光脉冲能量最大为58.0 mJ,对应光光转换效率为1.45%;在透过率30%耦合输出时,得到调Q激光脉冲能量最大为62.9 mJ,对应光光转换效率1.57%,并且获得了最大动静比48.7%.激光脉冲宽度在注入能量3.25 J时为417.2 ns.与理论计算结果较为一致.     

Er3+/Tm3+共掺碲酸盐玻璃的近红外光谱特性

选择 50TeO2-30B2O3-20BaO 系统作为稀土掺杂的基础玻璃,通过高温熔融法制备了不同掺杂比的Er3+/Tm3+共掺和单掺碲酸盐玻璃。通过比较共掺和单掺碲酸盐玻璃的吸收光谱和 808 nm 泵浦光激发下的发射光谱,发现 Tm3+的掺入会降低 Er3+在 1 550 nm 处的发光强度,通过能量传递可以得到 Tm3+的 1 800 nm 发光。此外,Er3+/Tm3+使该玻璃具备了发光性能,当 Er3+/Tm3+分别达到摩尔分数 1.0%和 0.4%时,发光强度达到最大值,继续提高掺杂浓度,发光强度反而减弱。     

泵浦线宽和波长飘移对全固态Tm激光器性能的影响

为了研究泵浦带宽和波长飘移对全固态激光器的影响,进行了光谱分析和热效应分析,该分析是在准三能级Tm:YAG激光器上进行的。提出光谱模型和晶体热模型,用来研究不同泵浦带宽下Tm激光器的效率和热效应。在Tm激光实验中,结构紧凑、高效率的键合Tm激光器得到验证,中心波长输出在2 013.2 nm。这一激光器的泵浦源是0.1 nm窄线宽的光纤耦合激光二极管,其输出波长是784.9 nm。最大输出功率为7.96 W,斜率效率为62.5%,光-光转换效率为53.3%。当耦合透过率为3%时,激光功率从1.87 W增大到14.93 W,激光波长从2 013.25~2 014.53 nm飘移。当耦合透过率为5%时,输出波长从2 013.91 nm飘移到2 014.26 nm。尽管晶体的最高温度会稍有上升,但0.1 nm窄带宽泵浦可以有效提高激发效率,因此具有更高的激光效率。通过综合考虑泵浦带宽和波长飘移以及增益介质的光谱分布,该研究可以扩展到其他固体激光器来选择泵浦源,有助于实现高效的激光系统。     

Tm3+/ Ho3+离子掺杂中红外超快激光技术研究进展（特邀）

稀土离子Tm3+/ Ho3+ 掺杂中红外2 μm波段超快激光由于广泛的应用前景成为近十余年来激光领域的研究热点之一。文中首先综述了稀土离子Tm3+/Ho3+掺杂固体/光纤2 μm波段超快激光锁模技术进展,包括主动锁模技术以及饱和吸收、克尔透镜、非线性偏振旋转、非线性光环形镜、非线性多模干涉等被动锁模技术;其次,结合激光增益介质及色散管理技术回顾了Tm3+/ Ho3+掺杂固体和光纤锁模激光脉冲宽度压缩进展;再次,总结了Tm3+/ Ho3+大能量/高功率超快激光技术及进展;最后,对2 μm波段超快激光发展趋势进行了总结和展望。     

低温下运行的光纤耦合激光二极管抽运Tm,Ho∶YLF激光器

为了实现小型化、高功率、高效率连续2μm激光输出,采用中心波长792nm激光二极管(LD)抽运双掺杂Tm,Ho∶YLF晶体,将晶体封装在装有350mL液氮的杜瓦装置中,使其工作在77K温度条件下。光纤耦合激光二极管出纤功率14.8W,数值孔径0.3,芯径400μm。激光二极管端面抽运Tm,Ho∶YLF激光器,产生2.05μm线偏振连续激光输出,最大功率5.2W。由于Tm3+离子能级间的交叉弛豫效应导致的高抽运量子效率,实验获得的光-光转换效率为35%,斜度效率达到40%。采用双端面抽运结构,两个激光二极管注入功率29.6W时,Tm,Ho∶YLF激光器输出功率达10.2W,相当于光-光转换效率33%,斜度效率36%。     

激光二极管双端抽运Tm:YLF 1.9 μm激光器

报道了一种激光二极管(LD)双末端抽运Tm:YLF激光器,在1.9 μm处获得了连续波(CW)输出。1.9 μm激光可用于抽运Ho晶体获得2 μm激光。在理论上,分析了掺Tm3+激光器的运转机制和能量转换损耗,计算出Tm:YLF激光器在理论上的斜率效率达到50%。在实验上,抽运源使用工作波长为792 nm的光纤耦合激光二极管,抽运光均分为两束双端抽运Tm:YLF晶体,两块晶体串接在折叠腔内。Tm:YLF 晶体的掺杂原子数分数为4%, 尺寸为3 mm×3 mm×12 mm。测量了输出镜在不同透射率情况下激光器的输出激光波长,当输出镜透射率T=26%时,在1.9μm处获得20.1 W的连续波激光输出,相应的抽运功率为75 W,阈值抽运功率为9 W,斜率效率为34%,光-光转换效率为27%。     

高单脉冲能量被动调Q锁模Tm,Ho: LLF激光器

报道了一种采用氧化石墨烯作为可饱和吸收体的二极管泵浦的被动调Q和调Q锁模运转的Tm, Ho: LLF激光器。采用透过率分别为3%、5%和9%的输出镜,首先研究了Tm, Ho: LLF激光器的连续运转特性。实验和模拟结果均表明采用透过率为9%的输出镜输出特性最好,当最大泵浦功率为20 W时,连续光输出功率高至1793 mW。接着以氧化石墨烯为饱和吸收体,采用透过率为9%的输出镜研究了Tm, Ho: LLF激光器的调Q和调Q锁模特性。实验表明:当790 nm LD泵浦功率小于7.26 W时,激光处于单纯调Q运转状态;当大于7.26 W时,激光器进入稳定的调Q锁模状态,当最大泵浦功率为20 W时,最大输出功率为1052 mW,锁模重复频率为53.19 MHz,对应的平均单脉冲能量为19.77 nJ,该单脉冲能量是目前2 μm锁模激光器的最高指标,同时证实了氧化石墨烯材料在大能量高功率激光锁模中是发展潜力优良的二维锁模材料。     

Tm3+,Yb3+共掺的氟铝基玻璃的能量传递与上转换发光

在 970 nm L D激发下 ,研究 Tm3 ,Yb3 共掺的 Al F3 基 (AYF,AZF)玻璃能量传递和上转换发光性质。发现对于 Tm3 的浓度猝灭 ,蓝光跃迁比近红外荧光跃迁表现更明显 ;对 4 76 nm蓝光跃迁 ,AYF和 AZF玻璃 Tm3 最佳掺杂浓度都为 0 .1mol- % ;而对 793nm的近红外跃迁 ,Tm3 最佳掺杂浓度为 0 .3～ 0 .5mol- %。AYF玻璃的 Yb3 离子最佳掺杂浓度为 5mol- % ,AZF玻璃则为8～ 10 mol- %。 Tm3 (3 F4 )→ Yb(2 F5/ 2 )反向能量传递是引起 Yb3 离子对上转换荧光的浓度猝灭的重要原因。     

室温下高效率连续波激光二极管端面抽运Tm:YAP激光器

报道了一种室温下高效率运行的激光二极管(LD)端面抽运Tm:YAP连续波激光器.抽运源使用波长为795 nm的光纤耦合二极管激光器,Tm:YAP晶体c轴切割,掺杂原子数分数为3%,尺寸为3 mm×3 mm×7 mm.当输出镜透过率T为10%时,获得8.12 W的1.94 μm连续波激光输出,相对应的抽运功率为26.2 W,阈值抽运功率为4.67 W,斜率效率为52.1%,光一光转换效率为31.0%.使用光栅单色仪测得激光器输出中心波长为1938.2nm,谱线半峰全宽约为2.9 nm.     

ZnO-B_2O_3玻璃对Mg_2TiO_4微波介质陶瓷结构和性能的影响

利用传统固相烧结法制备了ZnO-B2O3玻璃掺杂的Mg2TiO4微波介质陶瓷,研究了ZnO-B2O3玻璃掺杂对所制陶瓷相成分、微观形貌和微波介电性能的影响。结果表明:ZnO-B2O3玻璃掺杂能使Mg2TiO4陶瓷的致密化温度降低200℃左右。当Mg2TiO4中掺杂质量分数2%的ZnO-B2O3玻璃时,经1 300℃烧结所得陶瓷微波性能较好:εr=13.62、Q.f=101 275 GHz、τf=–51×10–6/℃。     

Tm3+掺杂GeO2-AlF3-Na2O玻璃的制备与光谱特性

用高温熔融法制备了Tm2O3掺杂深度分别为1、2、3、4和5 wt%的82GeO2-8AlF3-10Na2O(摩尔比)的玻璃.从吸收光谱特性出发,应用Judd-Ofelt(J-O)理论,计算得到了Tm3+的J-O强度参数(Ω2,Ω4,Ω6)及Tm3+各激发态能级的自发跃迁几率、荧光分支比以及辐射寿命等光谱参量.在808...     

研究快报

Tm,Ho:KY(WO4)2晶体实现红外激光超短脉冲输出英国圣安德鲁斯大学的研究人员利用Tm,HO:KY(WO4)2晶体实现了3.3ps的红外超短脉冲激光输出。该晶体长1.5mm,以布儒斯特角切割,Tm3+,Ho3+的掺杂原子数分数分别为5%和0.4%。抽运源为钛宝石     

Li2O掺杂对CBS/Al2O3玻璃陶瓷性能的影响

研究了Li2O掺杂对CBS/Al2O3玻璃陶瓷烧结性能和介电性能的影响.结果表明,掺杂适量的Li2O可改善CBS/Al2O3玻璃陶瓷的烧结性能和介电性能,当掺杂Li2O的质量分数为0.5%时,CBS/Al2O3玻璃陶瓷在810 ℃可实现低温致密化烧结,试样的体积密度为2.89 g/cm3;在1 MHz的测试频率下,该材料的介电常数为8.6,介电损耗为1.0×10-3;XRD分析表明其相组成主要为CaSiO3、CaAl3BO7、残余Al2O3和玻璃相.