面向可见光波段激光产生的稀土掺杂氟化物玻璃研究
稀土掺杂氟氧化物玻璃上转换发光性质的研究的开题报告
稀土掺杂氟氧化物玻璃上转换发光性质的研究的开题报告题目：稀土掺杂氟氧化物玻璃上转换发光性质的研究一、研究背景和意义上转换发光是指将低能量的光激发为高能量的发光。
它是一种应用广泛的光谱技术，具有应用于生物成像、传感器、光学纳米器件等领域的重要价值。
在这种技术中，掺杂稀土离子的材料是重要的发光材料。
与生物分子和光学纳米器件结合后，能够实现信息传递和控制，使其应用更加广泛。
氟氧化物玻璃是一种极具潜力的上转换发光材料，其强大的物理和化学性质使其成为用于上转换光学器件制备的理想基质。
本研究旨在对不同稀土掺杂氟氧化物玻璃的上转换发光性质进行研究，以便研究其实际应用的潜力。
二、研究内容1. 制备不同掺杂浓度稀土离子的氟氧化物玻璃2. 研究氟氧化物玻璃的物理性质和稀土掺杂对玻璃的影响3. 测定氟氧化物玻璃的光学性质和发光性质4. 分析氟氧化物玻璃的光谱数据并评估其在实际应用中的潜力三、研究方法本研究将采用以下步骤：1. 制备不同浓度的氟氧化物2. 测量氟氧化物玻璃的物理性质，如密度、折射率、吸附谱3. 用光子计数器分析氟氧化物玻璃的发光光谱4. 使用荧光显微镜研究掺杂稀土离子的氟氧化物玻璃的光学性质5. 分析光谱数据以确定氟氧化物玻璃在不同应用中的实际潜力四、预期结果和意义预计可以通过本研究获得以下结果：1. 了解不同浓度的稀土掺杂对氟氧化物玻璃发光性质的影响2. 确定氟氧化物玻璃在应用中的潜力3. 提高氟氧化物玻璃在上转换发光材料中的应用价值，促进其在生物成像、传感器、光学纳米器件等领域的应用。
这项研究的结果将有助于加深对稀土掺杂氟氧化物玻璃上转换发光材料的理解，并为其应用提供有力的理论和技术支持。
利用Judd-Ofelt理论研究氟氧化物玻璃陶瓷
Judd-Ofelt理论的简介
三价自由稀土离子的4fN组态的电子波函数具有相同的宇称， 电偶极跃迁是宇称禁戒的，没有电偶极辐射和吸收。而当三价 稀土离子掺入晶体后看到了发光现象，并且实验上发现4fN组 态的跃迁多数是电偶极跃迁。 Laurence Radiation 实验室的B.R.Judd和Johns Hopkins 大学 B.R.Judd Johns 的G.S.Ofelt分别独立地在理论上解释了这一现象，他们假定由 于某种非中心对称的作用使4fN组态的态和具有相反宇称的态 混杂，从而产生电偶极跃迁，并且导出了4fN组态电偶极跃迁 强度的表达式。他们的理论具有异曲同工之处，所以后来被称 为Judd-Ofelt理论或J-O理论，用于对实际稀土发光体进行定量 计算。实践证明，J-O理论是目前唯一能在一定精度内（误差 10％－15％）定量计算稀土离子发光强度的理论方法。
利用Judd-Ofelt理论计算光谱参量
自发跃迁几率AJJ’和能级辐射寿命τ 自发跃迁几率AJJ’和能级辐射寿命计算公式分别如 下： 64π e ν n(n + 2) A = ⋅ S
4 2 3 2 2 JJ '
3h(2 J + 1)
9
JJ '
τ = 1 A (αJ ) T
自发辐射几率随Ω6减小而减小，能级辐射寿命随 Ω6减小而增大。而能级寿命越长越容易在上能级 形成更多的粒子布居数，越容易形成粒子数反转， 这是产生激光的必备条件。
晶场参数Ωλ
晶场参数Ωλ从宏观上描述材料的物化特性： Ω2表示共价键的数量。与玻璃基质的对称性有关，对 玻璃成分的变化最敏感。反映了基质玻璃结构的配位对 称性和有序性。Ω2越大，玻璃的共价性越强，反之， 离子性越强。 Ω4受玻璃键性和结构对称性影响较小，它主要受玻璃 的酸碱度影响。 Ω6与基质的刚性有关，且刚性越好，Ω6值越小。Ω6决 定自发辐射跃迁几率AJJ’和能级辐射寿命τ，Ω6越小自 发辐射跃迁几率AJJ’越小，辐射寿命越大。
稀土离子掺杂氟化物激光晶体研究进展
稀土离子掺杂氟化物激光晶体研究进展
赵呈春;张沛雄;李善明;房倩楠;徐民;陈振强;杭寅
【期刊名称】《人工晶体学报》
【年(卷),期】2022(51)9
【摘要】稀土离子掺杂氟化物晶体具有宽透光波段高透过率、低声子能量、长荧光寿命、负热光系数等优良特性,可以产生从紫外到中红外波段激光,是一类重要的激光增益介质。
本文综述了本团队在稀土离子掺杂LiLuF_(4)、LiYF_(4)、
BaY_(2)F_(8)、LaF_(3)、PbF_(2)、CeF_(3)等氟化物晶体生长、光学和激光性能等方面的研究进展,总结了稀土离子共掺敏化、退激活、能级耦合调控以及多离子发光等方面的研究工作,展望了稀土离子掺杂氟化物激光晶体的研究发展趋势。
【总页数】15页(P1573-1587)
【作者】赵呈春;张沛雄;李善明;房倩楠;徐民;陈振强;杭寅
【作者单位】中国科学院上海光学精密机械研究所;暨南大学理工学院光电工程系【正文语种】中文
【中图分类】O734
【相关文献】
1.3 μm波段稀土离子激活的氟化物激光晶体研究进展
2.3μm波段稀土离子激活的氟化物激光晶体研究进展
3.新型掺杂稀土离子的可调谐激光晶体特性及应用
4.稀土掺杂氟化物中红外激光晶体研究取得进展
5.钨酸锶及其稀土激活离子掺杂的新型拉曼与自拉曼激光晶体
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稀土掺杂CaO-B2O3-SiO2发光玻璃的制备及其光致发光性能研究
稀土掺杂CaO-B2O3-SiO2发光玻璃的制备及其光致发光性能研究稀土掺杂CaO-B2O3-SiO2发光玻璃的制备及其光致发光性能研究导言：近年来，发光材料在光电子学和发光器件中具有重要的应用价值。
稀土掺杂玻璃是一种非常重要的发光材料，其在显示器、LED等领域有着广泛的应用。
本文将讨论稀土掺杂CaO-B2O3-SiO2发光玻璃的制备方法以及其光致发光性能的研究结果。
一、制备方法1. 实验材料制备稀土掺杂CaO-B2O3-SiO2发光玻璃的实验材料包括：CaO、B2O3、SiO2以及稀土元素掺杂剂。
2. 制备步骤（1）准备原料：按照一定的配比将CaO、B2O3和SiO2分别称取，并进行预处理，以提高原料的纯度。
（2）掺杂稀土元素：根据需要的发光性能，选择适当的稀土元素进行掺杂。
通常使用的稀土元素有：钕、铕、铽等。
（3）混合：将经过预处理的CaO、B2O3和SiO2与稀土掺杂剂进行混合。
混合过程中需保持适当的温度和剪切速度，以保证混合均匀。
（4）熔融：将混合后的原料放入特制的熔融炉中进行高温熔融。
熔融温度通常在1000-1500摄氏度之间，并保持一定时间，以保证原料充分熔融和反应。
（5）制取玻璃：将熔融后的原料快速冷却，以形成无定形的玻璃结构。
二、光致发光性能研究1. 玻璃发射光谱分析使用光度计对制备的CaO-B2O3-SiO2发光玻璃进行发射光谱分析。
结果显示，在不同波长区间内，发光强度随着掺杂稀土元素浓度的增加而增加。
这说明稀土元素对玻璃的发光性能有明显的影响。
2. 发光机制分析进一步通过光致发光机制的研究来探索稀土掺杂CaO-B2O3-SiO2发光玻璃的发光机制。
研究结果表明，稀土元素掺杂后，玻璃材料中形成了能级结构，并通过能级间的跃迁来实现光致发光。
3. 发光性能调控为进一步调控发光性能，可以通过控制熔融温度、掺杂剂浓度以及熔炼时间等参数来实现。
研究发现，调控这些参数可以显著改变玻璃的发光颜色和发光强度，在满足特定应用需求的同时，提高发光玻璃的性能。
2μm输出掺稀土氟磷酸盐玻璃光纤的研究的开题报告
2μm输出掺稀土氟磷酸盐玻璃光纤的研究的开题报告
尊敬的评审委员会：
本人计划开展一项关于2μm输出掺稀土氟磷酸盐玻璃光纤的研究。
光纤通讯技术作为一项重要的通讯工具，在信息传输领域中具有广泛的应用，而掺稀土玻璃光纤在光通讯工程中居于重要地位。
近年来，2μm输出掺稀土氟磷酸盐玻璃光纤的研究成为光纤通讯领域中的一个热点问题。
因此，本人将开展该领域的相关研究，探索制备和性能研究方面的问题。
本研究计划分为以下几个方面：
1. 制备2μm输出掺稀土氟磷酸盐玻璃光纤：根据已有的研究，本人将采用氯化物热还原法来制备2μm输出掺稀土氟磷酸盐玻璃光纤。
2. 光纤的光学性质分析：通过光学测试仪器，在光谱范围内测试掺杂玻璃光纤的吸收谱、发射谱效率、光学增益系数等，并对其光学特性进行分析。
3. 光纤的力学性质分析：通过力学测试仪器测试掺杂玻璃光纤的拉伸强度等力学特性，并对其机械性能进行分析。
4. 光纤的光输出性能：通过测试光源的光输出性能，观察和分析掺杂玻璃光纤的光输出特性。
总体来说，本研究的目标是研究制备出2μm输出掺稀土氟磷酸盐玻璃光纤，并分析其性能。
本研究对光纤掺杂玻璃领域的发展具有重要的参考价值，有望推进光纤通讯技术的发展。
感谢评审委员会的宝贵时间阅读此开题报告，期待能够得到您的支持和指导！。
稀土上转换发光氟硅酸盐微晶玻璃研究进展
稀土上转换发光氟硅酸盐微晶玻璃研究进展
卢小送;王慈;高志刚;任晶
【期刊名称】《发光学报》
【年(卷),期】2022(43)11
【摘要】稀土上转换发光氟硅微晶玻璃是指稀土掺杂氟化物纳米晶与硅酸盐玻璃复合的发光材料,结合了氟化物晶体发光效率高与硅酸盐玻璃易加工和稳定性高的优势,在固体激光器、固态照明、光学编码防伪、光学测温等领域具有重要的应用前景,是无机发光材料中的研究热点。
本文从含二元和三元氟化物纳米晶氟硅微晶玻璃上转换发光性能和应用研究两方面入手,介绍了该类材料的发展历程和研究现状,对比了不同组分、不同掺杂模式、不同晶体结构纳米晶上转换发光性能的差异,指出了目前研究中存在的问题,并对未来发展前景进行了展望。
希望本文能为今后稀土上转换发光氟硅微晶玻璃的研究提供一定的实验参考。
【总页数】21页(P1758-1778)
【作者】卢小送;王慈;高志刚;任晶
【作者单位】江苏师范大学物理与电子工程学院;哈尔滨工程大学物理与光电工程学院;泰山学院物理与电子工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ171.71;TB332
【相关文献】
1.上转换发光氧氟微晶玻璃的研究进展
2.Er3+/Yb3+共掺杂氧氟硼硅酸盐微晶玻璃绿色上转换发光的温度特性
3.退火对Er^(3+)和Yb^(3+)共掺氟氧化物微晶玻璃样品上转换发光的影响
4.980 nm半导体激光器激发下Er^(3+),Yb^(3+)共掺杂氟氧化物微晶玻璃的上转换发光
5.Er^(3+),Yb^(3+)掺杂氟氧化物微晶玻璃上转换发光的研究
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稀土离子掺杂发光玻璃的制备及其性能研究
洛阳理工学院毕业设计（论文）题目稀土离子掺杂发光玻璃的制备及其性能研究姓名系（部）材料科学与工程系专业无机非金属材料工程指导教师2011年6 月10 日稀土离子掺杂发光玻璃的制备及其性能研究摘要随着光电信息技术的迅猛发展，稀土离子掺杂的透明光学材料得到了广泛的研究和应用。
近来出现的一类镧系掺杂氟硅酸盐透明发光微晶玻璃，综合了晶体和玻璃两者的优点，同时解决了高效发光、高透光率、高稳定性和发光波段可调等难题。
本文通过实验，确定了合适的氟硅酸盐玻璃的组成为60SiO2-20Al2O3-15CaF2-5ZnO，通过DTA分析，确定60SiO2-20Al2O3-15CaF2-5ZnO 氟硅酸盐玻璃的热处理制度，制备了微晶玻璃样品。
XRD测试结果表明，热处理前，玻璃样品中没有晶相存在，热处理后，在微晶玻璃中析出了CaF2晶相，且随着热处理时间的增长，晶体含量升高。
在60SiO2-20Al2O3-15CaF2-5ZnO玻璃基础上，实验制备了不同稀土离子掺杂的氟硅酸盐微晶玻璃和稀土离子掺杂量不同的氟硅酸盐微晶玻璃，并测试了微晶玻璃的发光性能，研究了不同稀土离子掺杂以及同种稀土离子掺杂量不同对微晶玻璃发光性能的影响。
实验还制备了一系列Tb3+掺杂的ZnO-B2O3-P2O5-SiO2系统发光玻璃，并测试其发光性能。
对比了不同基质玻璃的发光性能，在Tb3+作为发光激活离子的情况下，氟硅酸盐微晶玻璃的发光性能比ZnO-B2O3-P2O5-SiO2系统玻璃的发光性能更优越。
关键词：稀土离子，微晶玻璃，光谱性能，Tb3+PREPARATION AND PROPERTIES INVESTIGATING OF RARE EARTH IONS-DOPED FLUORESCENT GLASSABSTRACTWithrapid development ofoptical information technology，rare earth (RE)-doped transparent optical materials have been widely studied and applied.Transparentfluorosilicatesglass-ceramics doping with lanthanide ions combines the advantages of both crystal and glass, and can solvesimultaneously some difficultproblems such as high luminous efficiency, high transmittance, high stability and tunable band of luminescence in recent years.This paper determined the suitable fluoride-silicatecomposition, which is the system with the composition of 60SiO2-20Al2O3-15CaF2-5ZnO based on the experiment. And the heat treatment rulesof preparation for fluoride silicate glass were determined by DTA analysis. The results about XRD measurement shows that CaF2 crystal, which is no crystal phase, have been observed in some samples via after heat treatment. Furthermore, the content of the crystal increase with the time for heating treatment going.Based on 60SiO2-20Al2O3-15CaF2-5ZnO glass,different types and contents of RE3+ in RE3+-doped fluoride-silicate glasses were prepared by the experiment. And the luminescent properties were measurementsimultaneously.In addition, this paper prepared a series of Tb3+-doped luminescent glasses based on ZnO-B2O3-P2O5-SiO2 system, and measured the their luminescent properties.Compared with the luminescent properties of different substrates of glass ,in the case of Tb3+ being as the light activated ion,the luminescent properties of RE3+-doped fluoride-silicate glasses is better than that of zinc and boron phosphorous silicon glassKEY WORDS：Rare earth ion，Glass ceramics，Spectroscopic property, Tb3+目录前言1第一章文献综述与论文设计思路21.1 发光玻璃21.1.1 发光玻璃的发展历史及现状31.1.2 发光玻璃中的稀土离子31.1.3 发光玻璃的发光机理51.1.4 发光玻璃的制备方法71.2氟硅酸盐透明发光微晶玻璃81.2.1 微晶玻璃的特性和种类91.2.2 微晶玻璃的制备工艺101.2.3 微晶玻璃的应用121.2.4 氟硅酸盐透明发光微晶玻璃的性质131.2.5 氟硅酸盐透明发光微晶玻璃的研究现状141.2.6 氟硅酸盐透明发光微晶玻璃的应用161.3 研究的目的与意义171.4 论文的设计思路17第二章实验方法与原理172.1 实验流程172.2 微晶玻璃样品的制备182.2.1 基础玻璃组成的设计182.2.2 原材料的准备192.2.3 玻璃样品的制备192.3 差热分析（DTA）202.4 X-射线衍射分析（XRD）212.5 荧光光谱222.6 本章小结23第三章稀土离子掺杂氟硅酸盐微晶玻璃的制备及性能研究233.1 基质玻璃成分的选择233.2 热处理制度的制定243.3 稀土离子掺杂氟硅酸盐微晶玻璃的制备243.4X-射线衍射分析253.5 荧光光谱263.5.1 Er3+掺杂氟硅酸盐微晶玻璃的荧光光谱263.5.2 Tb3+掺杂氟硅酸盐微晶玻璃的荧光光谱283.6 本章小结30第四章Tb3+掺杂ZnO-B2O3-P2O5-SiO2系统发光玻璃的制备及其性能研究314.1发光玻璃的制备314.2 荧光光谱324.3 不同基质玻璃发光性能的对比344.4 本章小结35结论35参考文献35谢辞38外文资料翻译38前言发光材料在古代就己被人们发现并利用。
稀土掺杂氟化物多波长红外显示材料的研究
稀土掺杂氟化物多波长红外显示材料的研究摘要：本文简单介绍了稀土发光原理、上转换发光材料的大致发展史、红外上转换发光材料的应用以及当前研究现状。
以PbF2为基质材料，ErF3为激活剂，YbF3为敏化剂，采用高温固相反应法制备了PbF2: Yb上转换发光材料。
重点讨论了制备过程中，制备工艺中的烧结时间、烧结温度对红外激光显示材料发光效果的影响。
研究了Er3+/Yb3+发光系统在1064nm激光激发下的荧光光谱和上转换发光的性质。
实验表明，在1064nm激光激发下，材料可以发射出绿色和红色荧光，是一种新型的红外激光显示材料。
关键字：1064nm 上转换红外激光显示Er3+/Yb3+Key Words: 1064nm Up-conversion Infrared laser displayed materials Er3+/Yb3+第一章绪论1.1 稀土元素的光谱理论简介1.1.1 稀土元素简介稀土元素是指周期表中IIIB族，原子序数为21的钪（S'）：39的钇（Y）和原子序数57至71的镧系中的镧（La）、铈（Tue）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（S'）、铕（Tue）、钆（Wed）、铽（Ftp）、镝（Wed）、钬（Ho）、铒（Tue）、铥（Ftp）、镱（Yb）、镥（Lu），共17个元素[1]。
1.1.2稀土离子能级：稀土离子具有4f电子壳层，但在原子和自由离子的状态由于宇称禁戒，不能发生f-f电子跃迁[3&7]。
利用群论方法，采用U7>R7>G2>R3群链的分支规则可以方便地给出4ftp组态的全部正确的光谱项，通常用大写的英文字母表示光谱项的总轨道角动量的量子数的数目，在光谱学中，用符号2S+1L表示光谱项。
1.1.3 晶体场理论晶体场理论认为，当稀土离子掺入到晶体中，受到周围晶格离子的影响时，其能级不同自由离子的情况。
这个影响主要来自周围离子产生的静电场，通常称为晶体场[2]。
稀土氧化物和氟化物纳米晶上转换荧光光谱的设计研究
稀土氧化物和氟化物纳米晶上转换荧光光谱的设计研究一、本文概述本论文《稀土氧化物和氟化物纳米晶上转换荧光光谱的设计研究》旨在深入探究稀土氧化物和氟化物纳米晶的上转换荧光光谱特性，以及如何通过设计优化其性能。
上转换荧光是一种特殊的光学现象，能够将低能量的长波辐射转换为高能量的短波辐射，因此在生物成像、太阳能电池、显示器和固态激光器等领域具有广泛的应用前景。
稀土元素因其独特的电子结构和光学性质，在上转换荧光材料中发挥着关键作用。
本文将首先介绍稀土氧化物和氟化物纳米晶的基本性质，包括其晶体结构、光学特性以及上转换荧光的物理机制。
随后，将重点讨论如何通过材料设计、合成方法以及外部调控等手段，优化这些纳米晶的上转换荧光性能。
还将探讨纳米晶的尺寸、形貌、表面修饰等因素对其荧光性能的影响，并分析潜在的机制。
本论文还将综述当前国内外在稀土氧化物和氟化物纳米晶上转换荧光光谱设计研究方面的最新进展，以期为该领域的发展提供有益的参考和启示。
最终，通过本论文的研究，我们期望能够为开发高效、稳定、可调的上转换荧光材料提供理论支持和实验依据，推动相关领域的科技进步和应用发展。
二、稀土氧化物和氟化物纳米晶的制备方法稀土氧化物和氟化物纳米晶的制备方法众多，其中包括但不限于热解法、溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法等。
每种方法都有其独特的优点和适用条件，因此需要根据具体的实验需求和目标选择适合的制备方法。
热解法是一种常用的制备稀土氧化物和氟化物纳米晶的方法。
其基本原理是在高温下，使稀土盐或稀土有机配合物分解，从而生成相应的稀土氧化物或氟化物纳米晶。
通过精确控制反应条件，如温度、气氛、前驱体的种类和浓度等，可以实现对纳米晶尺寸、形貌和发光性能的调控。
热解法的优点是制备过程简单、易于操作，且可以制备出高质量、高纯度的纳米晶。
溶胶-凝胶法则是通过水解和缩聚反应，使稀土盐在溶液中形成溶胶，再经过陈化、干燥和热处理等步骤，最终得到稀土氧化物或氟化物纳米晶。
稀土掺杂材料在激光器中的应用研究报告
稀土掺杂材料在激光器中的应用研究报告一、引言激光器作为一种重要的光学器件，广泛应用于通信、医疗、材料加工等领域。
稀土掺杂材料在激光器中的应用，由于其独特的光学性质和能级结构，已经成为当前研究的热点之一。
本报告旨在系统地介绍稀土掺杂材料在激光器中的应用研究进展，并探讨其潜在的应用前景。
二、稀土掺杂材料的基本特性稀土元素具有丰富的能级结构和较长的寿命，这使得它们成为激光器材料的理想选择。
稀土掺杂材料的基本特性包括发射光谱范围广、辐射跃迁概率高、辐射寿命长、抗光学损伤性能好等。
这些特性使得稀土掺杂材料在激光器中具有较高的效率和稳定性。
三、稀土掺杂材料的应用领域1. 光通信领域稀土掺杂材料在光通信领域的应用主要体现在光纤放大器和激光器方面。
光纤放大器利用稀土掺杂材料的辐射跃迁特性，实现对光信号的放大和传输，提高光纤通信的传输距离和传输速率。
激光器则利用稀土掺杂材料的辐射跃迁特性，产生高功率、高质量的激光光束，用于光纤通信系统中的光源。
2. 医疗领域稀土掺杂材料在医疗领域的应用主要体现在激光治疗和激光诊断方面。
激光治疗利用稀土掺杂材料产生的激光光束对人体进行切割、焊接、烧灼等治疗操作，广泛应用于外科手术、皮肤美容等领域。
激光诊断则利用稀土掺杂材料产生的激光光束对人体进行扫描和成像，用于疾病的早期诊断和研究。
3. 材料加工领域稀土掺杂材料在材料加工领域的应用主要体现在激光切割、激光焊接和激光打标等方面。
稀土掺杂材料产生的激光光束具有高功率和高聚焦性，能够实现对各种材料的精确加工和微细加工，广泛应用于汽车制造、电子制造等领域。
四、稀土掺杂材料在激光器中的关键技术稀土掺杂材料在激光器中的应用离不开一系列关键技术的支持。
其中包括稀土掺杂材料的制备技术、激光增益介质的设计和优化技术、激光器的泵浦技术、激光器的腔设计和光学元件的选择等。
这些关键技术的发展和创新，将进一步提高稀土掺杂材料在激光器中的应用效果和性能。
五、稀土掺杂材料在激光器中的挑战与前景稀土掺杂材料在激光器中的应用面临一些挑战，如光学损伤问题、热效应问题、激光器效率问题等。
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面向可见光波段激光产生的稀土掺杂氟化物玻璃研究
可见光激光的独特特性使其在医疗、消费电子、国防安全等领域具有不可替代的应用。
基于稀土掺杂氟化物玻璃的直接发射型激光器不仅具有高效耐用紧凑的优势,还可宽带调谐和多波长输出。
然而,除红光波段外的其它波段的激射效率较低,并且有利于高功率单模激射的玻璃波导型激光器的效率远低于光纤波导型。
本论文围绕分析和提升直接发射型激光器效率的总目标,开发了光谱和激光性能分析软件包,并系统性的研究了多种玻璃的光谱和激光特性,主要研究内容及创新性研究成果如下:(1)对于Pr:ZBLAN玻璃:红光波段(635nm)强烈的增益竞争是限制源于3P0+3P1+1I6热耦合能级橙光(603nm)激光器件效率的关键因素。
InF基质可以抑制ZBLAN基质中的3P0→3F2主导红光跃迁,有利于降低橙光激射系统对腔镜要求和激射阈值。
波导损耗大,耦合进波导的泵浦功率低,芯径大共同成为基于玻璃波导可见光激光器至今未能激射的限制性因素。
(2)对于Ho:ZBLAN玻璃:上能级极高的多声子衰减(MP)速率,重吸收,泵浦波长与能级间距失配共同成为制约基于该玻璃的可见光激光器发展的重要因素。
我们提出了449nm下转换泵浦和更低声子能量玻璃基质(如InF)的方案,发现:当无辐射跃迁速率降低为零,泵浦波长由484nm时转为449nm时,阈值功率将分别降低70%和80%左右。
(3)对于Er:ZBLAN玻璃:小吸收截面和较高的MP速率共同成为制约上转换泵浦型可见光激光器发展的重要因素。
我们提出了487nm下转换泵浦和更低声子能量玻璃基质的方案。
发现通过降低MP,最高可使阈值降低约20-40%。
尽管充分优化后的绿光激射
的斜效率高达80%,较小的吸收截面使得阈值功率在波导损耗增加时大幅提升,需进一步探索提高掺杂浓度对上能级寿命和激射阈值的影响。
(4)对于Tm:ZBLAN玻璃:小泵浦吸收截面,泵浦波长与能级间距失配导致所需波导长度高达数米;大掺杂浓度下强烈的离子间相互作用使1G4上能级粒子布居数和能级寿命大幅降低。
我们提出使用具有大吸收截面的355nm紫外激光激发1D2能级获得蓝光跃迁,并发现:在2mol%的高掺杂浓度下,离子间相互作用对1D2能级影响大幅降低。
(5)对于Tb:ZBLAN玻璃:尽管能级寿命在毫秒级,极小的吸收和发射截面使得当掺杂浓度为0.5 mol%时,最优波导长度高达1-5m,并且波导损耗对阈值功率影响巨大。
我们提出使用355nm光源泵浦高掺Tb:ZBLAN光纤来降低阈值功率,发现对于0.5 mol%和5 mol%的波导,最小阈值降低幅度分别高达45%和73%。
(6)对于Sm:ZBLAN玻璃:尽管400nm附近具有理想的吸收截面,上能级寿命高达4.35ms,然而发射截面比Pr:ZBLAN低两个量级。
充分优化后的橙光激射效率与Pr:ZBLAN红光激射相当,然而波导参数对激射阈值和效率影响很大。