Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Laser & Infrared System, Ministry of Education, Shandong University, Qingdao 266237, China
2 School of Information Science and Engineering, Shandong Provincial Key Laboratory of Laser Technology and Application, Shandong University, Qingdao 266237, China
3 Institute of Novel Semiconductors, State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University, Jinan 250100, China
4 Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ), Berlin 12489, Germany
We present our efforts towards power scaling of Er:Lu2O3 lasers at 2.85 µm. By applying a dual-end diode-pumped resonator scheme, we achieve an output power of 14.1 W at an absorbed pump power of 59.7 W with a slope efficiency of 26%. In a single-end pumped resonator scheme, an output power of 10.1 W is reached under 41.9 W of absorbed pump power. To the best of our knowledge, this is the first single crystalline mid-infrared rare-earth-based solid-state laser with an output power exceeding 10 W at room temperature.
high-power continuous-wave laser mid-infrared laser dual-end pump scheme Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 011403
1 山东大学晶体材料研究院，晶体材料国家重点实验室，济南 250100
2 山东大学光学高等研究中心，山东 青岛 266237
磷酸二氢钾(KH2PO4，KDP)晶体是目前唯一可在惯性约束核聚变装置中得到实际应用的非线性光学材料。由于晶体缺陷大大降低了非线性光吸收、激光损伤阈值等光学性能，因此，探明KDP晶体缺陷对其电子结构和光学性质的影响机制对于提升其光学性能具有重要意义。本工作采用第一性原理方法计算了KDP晶体(100)和(101)表面上氢空位和氧空位缺陷的结构、稳定性及电子结构特征，研究了酸环境对表面空位缺陷结构及电子结构的影响规律及微观机制。结果表明：氢空位和氧空位缺陷在KDP晶体(100)和(101)表面上均比在晶体中更容易形成。(100)表面对氢空位及氧空位均具有较高的容忍性，然而，(101)表面的氧空位极易失去电子，在带隙中引入缺陷能级，从而引起额外光吸收，对晶体光学性质产生不利影响。酸性环境会导致(100)表面产生更多氧空位，并诱导产生氧空位缺陷能级；同时，酸性环境有利于修复表面氢空位，并消除氧空位在(101)表面电子结构中引入的缺陷态，有利于提升晶体(101)表面质量及光学质量。
第一性原理 磷酸二氢钾 表面 缺陷 first-principles potassium dihydrogen phosphate surface defect
1 山东大学 激光与红外系统集成技术教育部重点实验室，山东 青岛 266237
2 山东大学 光学高等研究中心，山东 青岛 266237
3 山东大学 信息科学与工程学院，山东 青岛 266237
近年来，单光子探测技术在激光雷达等方面的应用越来越受到研究人员的关注。研制了基于InGaAs负反馈雪崩二极管（Negative Feedback Avalanche Diode, NFAD）的自由运转式集成型近红外单光子探测器。设计将被动淬灭原理的NFAD与主动淬灭技术结合，针对NFAD的信号读出电路易受电磁干扰的问题，创新地提出了无前级放大器的雪崩信号高阻抗差分提取电路，并采用吸波材料对关键电路部分进行了屏蔽，同时提高了淬灭性能和稳定性。此外，为了降低暗噪声计数率，针对集成制冷型NFAD器件的散热进行了详细的热设计，对集成热电制冷的NFAD器件和高速淬灭电路发热量较大的特点进行了电路和散热结构设计优化。通过实验对淬灭电路性能、散热设计和抗干扰设计进行了验证。结果表明：无前置放大器设计的探测器性能稳定，对1550 nm波长光子的最高探测效率可达33%，在−50 ℃、10%探测效率时可用死时间低至120 ns，此时暗计数率890 Hz，后脉冲概率10.6%。探测器散热性能良好，环境20 ℃风冷下的最低制冷温度可稳定在−58 ℃。上述结果表明这一低噪声计数、高集成度的通信波段近红外单光子探测器尤其适用于对性能和环境空间要求更严苛的应用场合。
单光子雪崩二极管 负反馈雪崩二极管 单光子探测 近红外 主动淬灭 single-photon avalanche diode negative-feedback avalanche diode single-photon detection near infrared active quenching 红外与激光工程
2023, 52(3): 20220907
山东大学光学高等研究中心， 山东 青岛 266237
使用1 710 nm半导体激光器，对同种透明聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑料进行激光透射焊接，由于透明PET塑料对1.7 μm的激光具有较高吸收率，因此焊接过程无需添加激光吸收剂。通过调整激光功率和焊接速度，探讨了线能量对焊接强度的影响。在激光功率为10 W，焊接速度为7.5 mm/s时，得到了美观牢固的焊接试件，此时的线能量为1.33 J/mm。保持此线能量不变，在激光功率为5~30 W的范围内设计了对比试验。结果表明，激光功率在5~30 W、焊接速度在3.75~22.50 mm/s内改变对焊接试件的焊缝强度影响较小。
聚对苯二甲酸乙二醇酯 透明塑料 激光透射焊接 吸收剂 polyethylene glycol terephthalate（PET） transparent plastic laser transmission welding absorbent
红外与激光工程
2022, 51(6): 20220133
1 山东大学, 晶体材料国家重点实验室, 济南 250100
2 山东本源晶体科技有限公司, 济南 250100
3 山东大学光学高等研究中心, 山东 青岛 266200
稀土钙氧硼酸盐RECa4O(BO3)3 (RECOB, RE:Y和稀土元素)系列晶体具有高的熔点、高的电阻率、低的介电损耗和适中的压电活性, 是一类重要的高温压电晶体材料。介绍了该类晶体的提拉法制备工艺、宽温域电弹性能表征及其在高温传感技术领域的研究新进展, 包括以该类晶体为基础的高温声表面波温度传感器件、高温压电换能器件以及高温振动加速度传感器件, 阐述了该类高温压电晶体与传感器件在工业领域中的潜在应用及技术优势。
稀土钙氧硼酸盐晶体 提拉法 晶体生长 高温压电 传感应用 rare earth calcium oxyborate crystal Czochralski method crystal growth high-temperature piezoelectric sensing application
1 山东大学 a.光学高等研究中心
2 b.信息科学与工程学院，山东青岛 266237
3 山东大学 b.信息科学与工程学院，山东青岛 266237
4 中国科学院 a.上海技术物理研究所，上海 200083
5 b.上海微系统与信息技术研究所，上海 200050
为了增强短波红外成像仪的成像对比度，提高目标的识别率，介绍了一种基于现场可编程门阵列 (FPGA)的灰度拉伸算法的实现方法。利用视频数据两帧之间灰度分布近似的特性，通过统计上一帧图像的灰度分布，计算图像拉伸所需要的参数，处理当前帧的图像，达到实时处理的效果。在灰度统计模块中，利用 FPGA的片上块随机存储器 (Block RAM)资源，采用非倍频的流水线数字逻辑设计，避免了跨时钟域的操作，降低了系统状态机的复杂度，提高了系统的工作频率。采用国产 320×256元 InGaAs面阵探测器，搭载了 Xilinx Artix-7系列芯片的实验平台进行实验，仿真结果表明,该方法能有效提高短波红外图像的对比度，具有占用资源少、运算速度快、成本低、可移植性高等优点，满足短波红外成像仪实时灰度拉伸处理的设计要求。
灰度统计 灰度拉伸 现场可编程门阵列 块随机存储器 grayscale statistics grayscale stretching Field Programmable Gate Array Block RAM 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(7): 713
1 山东大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266237
2 山东省激光技术与应用重点实验室, 山东 青岛 266237
3 山东大学光学高等研究中心, 山东 青岛 266237
报道了一种基于Nd∶YAG晶体衍生光纤(NYDF)的915 nm单频光纤激光器。使用掺杂原子数分数为2.5%的Nd∶YAG晶体作为纤芯材料,高纯度石英管作为包层材料,利用熔芯法制备Nd∶YAG晶体衍生光纤,其传输损耗为8 dB/m,在915 nm处其增益系数为1.16 dB/cm。基于Nd∶YAG晶体衍生光纤,实现了一个稳定的915 nm单频光纤激光器,信噪比大于50 dB。实验结果表明Nd∶YAG晶体衍生光纤有潜力应用于890~920 nm单频激光器。
光纤光学 YAG晶体衍生光纤 单频光纤激光 熔芯法 915 nm激光 光学学报
2021, 41(22): 2206001
中国激光
2021, 48(12): 1200000
1 山东大学，晶体材料国家重点实验室，济南 250100
2 山东大学，光学高等研究中心，青岛 266237
3 西南交通大学力学与工程学院，成都 610031
压电材料在振动传感器、压力传感器和超声波压电换能器等器件技术领域有着广泛应用，探索新型压电晶体材料用于特种压电传感器件的研发具有重要意义。本文利用传统的提拉法生长出具有高熔点(~1 800 ℃)的磷酸钡镱(YbBa3(PO4)3,YbBP)新型压电晶体。X射线衍射分析表明，该晶体属于立方晶系I43d空间群，晶胞参数为a=b=c=1.043 5 nm。研究发现，该晶体沿垂直于(013)晶面的方向更容易生长。摇摆曲线半峰全宽测得为60.6″，表明生长的晶体具有较高的结晶品质。采用LCR电桥法、阻抗法和超声法测算了该晶体的相对介电常数和压电应变常数，得到晶体的相对介电常数ε11和压电应变常数d14分别为15.3和11.4 pC/N。该晶体不仅具有较好的压电性能，同时具有纯的面切变振动模态，表明该晶体在压电传感技术领域具有潜在应用。
稀土磷酸盐 提拉法 压电性能 YbBa3(PO4)3 YbBa3(PO4)3 rare earth phosphate Czochralski method piezoelectric property
