1 中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室，上海 201899
2 暨南大学理工学院光电工程系，广东 广州 510632
3 同济大学物理科学与工程学院，高等研究院，上海 200092
当前，超强超快激光正朝着全固态、高重复频率、新波段等方向发展，而发展新型激光材料是其关键基础之一。稀土掺杂碱土氟化物激光晶体兼具有晶体的高热导和玻璃的宽光谱特性，在全固态重复频率超强超快激光领域具有重要应用。本文简要概述了萤石型氟化物晶体稀土离子团簇结构的基本特征、稀土离子局域结构的演变规律，围绕稀土掺杂碱土氟化物激光晶体的结构设计、光谱调控及激光应用，综述了局域结构设计在探索新型宽光谱超快激光材料方面的最新研究进展，并对其发展趋势进行展望。
局域格位结构 光谱性能调控 宽光谱超快激光 中红外激光 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0116002
1 暨南大学光电工程系，广州 510632
2 广东省晶体与激光技术工程研究中心，广州 510632
本文采用激光加热基座法生长出一系列掺杂不同Er3+浓度(摩尔分数)的Er∶CaGdAlO4(Er∶CGA)激光晶体，并对制备出的系列晶体开展详细的光学性能研究。结合J-O理论计算和光学性能表征，通过对比吸收光谱中780~840和955~1 020 nm的最大吸收系数、吸收截面、半峰全宽和辐射寿命等，以及荧光发射光谱的发射强度、发射截面和能级荧光寿命等光学性能参数，得到Er3+的最佳掺杂浓度为5%。该工作为获得一种有望用于1.5~1.7 μm近红外波段全固态激光器的新型激光增益介质提供了一定的实验基础。
1.5~1.7 μm近红外激光 Er∶CGA晶体 激光加热基座法 光学性能 全固态激光器 增益介质 1.5~1.7 μm NIR laser Er∶CGA crystal laser-heated pedestal growth method optical property all-solid-state laser gain medium
1 暨南大学理工学院光电工程系，广州 510632
2 中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室，上海 201899
稀土掺杂萤石卤化物在国民经济、**建设等领域发挥着不可替代的作用。萤石卤化物特殊的晶体结构导致稀土离子团聚，目前针对稀土离子团聚的系统研究还比较少。本文以稀土掺杂萤石卤化物为研究对象，采用第一性原理计算系统研究了从稀土离子单体到高阶团簇的结构特征、演变规律、联系及其影响因素。研究发现，稀土离子单体中心1|0|0|11(C4v)和1|0|0|12(C3v)稳定性随离子半径变化而改变，且不同晶体的变化趋势不同，与晶格畸变分析结果一致。晶格畸变与库仑作用相互耦合决定了电荷补偿间隙卤离子的占位倾向性，即C4v和C3v中心的相对稳定性。此外，共价效应使得PbF2和SrCl2晶体单体中心结构及其稳定性与CaF2、SrF2和BaF2不同。研究还揭示了晶体离子性和晶胞尺寸对单体中心能量差斜率的影响。文中还研究了稀土离子高阶团簇的结构，其稳定性演变规律与单体中心相对应。本文提出了高阶团簇相对稳定性判据，为新型稀土掺杂萤石卤化物的探索、筛选和研发提供指导，有望进一步拓展其应用范围。
萤石卤化物晶体 稀土离子团簇 结构演变 晶格畸变 高阶团簇 fluorite halide crystal rare earth ion cluster structure evolution lattice distortion high-order cluster
陈邱笛 1,2,3郑为比 1,2,3张沛雄 1,2,3,*李真 1,2,3陈振强 1,2,3
1 广东省晶体与激光技术工程研究中心，广东 广州 510632
2 广东省光纤传感与通信重点实验室，广东 广州 510632
3 暨南大学 光电工程系，广东 广州 510632
本工作首次在新型Nd∶Gd0.1Y0.9AlO3（Nd∶GYAP）晶体上实现了540 nm倍频绿光激光器。Nd∶GYAP晶体产生在1 μm波段的基频激光中心波长为1 079.4 nm，在此基础上利用LBO晶体产生的倍频绿色激光的中心波长为539.4 nm，阈值为46 mW，最大输出功率为65 mW。这一激光系统产生的约为540 nm的绿色激光相较于传统Nd离子掺杂的晶体1 064 nm激光倍频而来的532 nm绿色激光，可以有效地避开Nd3+位于530 nm附近的吸收峰。因此，具有更长波长、发射峰位于约540 nm处的绿色激光器可以使激光输出更有效，并扩展绿色激光器的应用。
LBO Nd∶GYAP 倍频 540 nm激光 绿色激光器 LBO Nd∶GYAP frequency doubling 540 nm laser green laser 陈邱笛 1,2,3郑为比 1,2,3张沛雄 1,2,3,*李真 1,2,3陈振强 1,2,3
1 广东省晶体与激光技术工程研究中心, 广州 510632
2 广东省光纤传感与通信重点实验室, 广州 510632
3 暨南大学光电工程系, 广州 510632
本文研究了一种在激光谐振腔内额外加入晶体以优化谐振腔稳定性的方式, 通过在谐振腔内加入折射率合适的晶体有效提高了激光输出性能。本工作搭建了一台Nd3+∶Gd0.1Y0.9AlO3(Nd∶GYAP)晶体激光器, 并在激光谐振腔内置入LBO晶体, 研究对比了LBO对b切和c切晶体激光性能的影响, 以及有无LBO时的激光器性能, 包括输出功率、激光波长、光束质量和偏振特性。结果表明, 当在激光谐振腔内置入LBO后, 光谱和光束质量基本没有发生变化, b切Nd∶GYAP激光器的斜率效率从18.9%提高到24.3%, c切Nd∶GYAP激光器的斜率效率从2.87%提高到10.07%, b切晶体的最大输出功率从0.931 W增加到1.254 W, c切晶体的输出功率从63 mW增加到134 mW。置入LBO后, 输出激光的偏振由于旋光现象也会在一定程度上发生偏转。因此, 在一些必须延长腔长的情况下, 如调谐和锁模操作中, 该工作为其提供了一种提高激光器斜率效率和输出功率的方法。
~1 μm激光 输出功率 激光光谱 光束质量 偏振特性 LBO LBO Nd∶GYAP Nd∶GYAP ~1 μm laser output power laser spectrum beam quality polarization characteristic
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
2 暨南大学理工学院光电工程系, 广州 510000
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LiLuF4、LiYF4、BaY2F8、LaF3、PbF2、CeF3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。
稀土离子 氟化物晶体 激光晶体 晶体生长 光学性能 激光性能 rare-earth ion fluoride crystal laser crystal crystal growth optical property laser property 人工晶体学报
2022, 51(9-10): 1573
1 广东省晶体与激光技术工程研究中心，广州 510632
2 暨南大学理工学院光电工程系，广州 510632
为了探索二维材料作为被动调Q激光器的可饱和吸收体的更多可能性，利用预研磨液相剥离法(LPE)制备出锑烯纳米片，并借助拉曼光谱、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、UV-Vis-NIR分光光度计对样品的物相组成、微观结构及吸收性能进行表征。将锑烯纳米片作为可饱和吸收体首次在1.3 μm发射波长的Nd∶GYAP全固态激光器实现被动调Q，其最短脉冲宽度为589 ns，重复频率为424 kHz，峰值功率为1.14 W，平均输出功率为284 mW，最大单脉冲能量为669.43 nJ。实验证明了锑烯纳米片具有在近红外区域作为全固态调Q激光器的可饱和吸收体的潜力。
锑烯纳米片 可饱和吸收体 预研磨液相剥离法 被动调Q 1.3 μm波段 激光性能 二维材料 激光器 antimonene nanosheet saturable absorber pre-grinding liquid-phase-exfoliation method passively Q-switched 1.3 μm laser performance 2D material laser
暨南大学理工学院光电工程系广东省晶体材料和晶体激光技术与应用工程技术研究中心，广东 广州 510632
中红外激光在光电对抗、激光雷达、遥感探测、激光手术、光纤通信、科学研究等领域中有着非常重要的应用。中红外激光增益材料作为中红外激光器的核心工作介质，具有举足轻重的地位。其中，设计和生长既满足当前泵浦条件又具有高效中红外荧光发射性能的激光晶体成为了研究热点。从优化中红外发光离子光谱性能角度出发，回顾了本课题组近年来关于新型宽带发射稀土离子掺杂氟化铅中红外激光晶体的研究结果，以期为后续研究提供一定的参考。
暨南大学理工学院,光电工程系, 广州 510632
采用单晶提拉法成功生长出优质的Gd3+/Yb3+共掺铝酸钇晶体。对晶体的结构、分凝系数、光谱和激光性能进行了表征, 结果表明: 所生长的晶体空间群为Pnma, 属于正交晶系, Yb3+的分凝系数为1.13。从偏振吸收和荧光光谱发现, b偏振方向时, 晶体在980 nm处吸收截面为2.14×10-20 cm2, 适用于InGaAs 激光二极管泵浦；在1 044 nm处的发射截面为0.39×10-20 cm2, 荧光寿命为1.638 ms。此外, 对b切向的Gd/Yb∶YAP晶体进行激光实验, 在1 μm处实现连续激光输出, 斜率效率为23.5%, 最大输出功率可达0.51 W。
Gd/Yb∶YAP晶体 提拉法 分凝系数 光谱 激光输出 Gd/Yb∶YAP crystal Czochralski method segregation coefficient spectrum laser output
Author Affiliations
Abstract
1 Jinan University, Department of Optoelectronic Engineering, Guangzhou, China
2 Guangdong Provincial Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Communications, Guangzhou, China
Optical superoscillation refers to an intriguing phenomenon of a wave packet that can oscillate locally faster than its highest Fourier component, which potentially produces an extremely localized wave in the far field. It provides an alternative way to overcome the diffraction limit, hence improving the resolution of an optical microscopy system. However, the optical superoscillatory waves are inevitably accompanied by strong side lobes, which limits their fields of view and, hence, potential applications. Here, we report both experimentally and theoretically a new superoscillatory wave form, which not only produces significant feature size down to deep subwavelength, but also completely eliminates side lobes in a particular dimension. We demonstrate a new mechanism for achieving such a wave form based on a pair of moonlike sharp-edge apertures. The resultant superoscillatory wave exhibits Bessel-like forms, hence allowing long-distance propagation of subwavelength structures. The result facilitates the study of optical superoscillation and on a fundamental level eliminates the compromise between the superoscillatory feature size and the field of view.
optical superoscillation wave propagation sharp-edge diffraction Advanced Photonics
2021, 3(4): 045002
