1 南昌航空大学江西省光电信息科学与技术重点实验室，江西 南昌 330063
2 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室，江西 南昌 330063
3 中国空间技术研究院西安分院，陕西 西安 710000
4 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽 合肥 230026
受激布里渊散射、受激拉曼散射和克尔效应等非线性光学效应一直以来得到广泛研究。回音壁模式光学微腔具有超高品质因子和极小模式体积，日益成为了非线性光学相关研究的重要平台之一。使用超精密加工技术制备了氟化钙晶体微腔，品质因子Q值达3.6×108。搭建了基于光学微腔的非线性光学的实验平台，在连续波泵浦的条件下激发了氟化钙晶体微腔中的受激布里渊散射、受激拉曼散射和克尔效应。实验中记录了级联布里渊、布里渊耦合四波混频、拉曼辅助克尔、超宽拉曼光频梳等丰富的非线性光学散射效应。结果表明超精密加工得到的氟化钙晶体微腔在非线性光学中有着优异的表现，是研究非线性光学的理想平台。
光学微腔 氟化钙晶体 非线性光学 受激布里渊散射 光频梳 光学学报
2023, 43(16): 1623021
1 中国科学技术大学稀土学院, 合肥 230026
2 中国科学院赣江创新研究院, 赣州 341000
3 中国科学院上海硅酸盐研究所,上海 201899
4 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
5 4.中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
氟化钙晶体的抗γ射线辐照性能是其在太空应用的关键性能之一。本文报道了痕量La杂质对氟化钙晶体γ辐照诱导色心的影响。主要采用吸收光谱、电子顺磁共振(EPR)等手段对辐照前后存在不同痕量La杂质的氟化钙晶体进行研究。结果表明, 辐照后的氟化钙晶体产生多个色心吸收带, 且吸收带的吸收系数随辐照剂量和La杂质浓度增加而增加。EPR证实这种吸收带的形成是由氟化钙晶体中F心引起的, 而La3+的存在影响氟化钙晶体F心的稳定性和光谱位置, 本文提出了La3+与氟化钙晶体中F心存在的可能机制。
CaF2晶体 色心 γ辐照 La杂质 痕量 CaF2 crystal color center γ-irradiation La impurity trace
Author Affiliations
Abstract
1 Shandong Provincial Engineering and Technical Center of Light Manipulations and Shandong Provincial Key Laboratory of Optics and Photonic Device, School of Physics and Electronics, Shandong Normal University, Jinan 250358, China
2 State Key Laboratory of High Performance Ceramics and Superfine Microstructure, Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201899, China
3 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
A highly efficient milli-joule-level Q-switched laser is experimentally demonstrated. By employing an acousto-optic modulator, the diode-pumped pulsed lasers are stably operated at repetition rates ranging from 500 Hz to 10 kHz. Dual-wavelength operation of 1881.7 nm and 1888.5 nm is achieved with slope efficiency of 64.7%. Up to 1.89 mJ of pulse energy is obtained at a pulse width of 100 ns, corresponding to a peak power of 18.88 kW. These results verified that the crystal could be a promising candidate for achieving highly efficient and high-energy pulsed lasers.
2 µm thulium laser acousto-optical Q-switching Tm,La:CaF2 crystal dual-wavelength high energy high efficiency Chinese Optics Letters
2022, 20(11): 111402
1 山东师范大学 物理与电子科学学院 山东省光场调控及应用中心 山东省光学与光子器件技术重点实验室，山东 济南 250358
2 中国科学院上海硅酸盐研究所，上海 201899
3 μm波段激光是高精度外科手术的理想光源，也可作为长波中红外光参量振荡器的有效泵浦源。LD直接泵浦Er3+掺杂晶体是获得2.7~3 μm波段中红外激光的有效技术途径，具有成本低、结构紧凑简单等优点。由于Er3+ 2.8 μm激光下能级阻塞问题，一般需要高浓度掺杂，但高浓度掺杂易引起强烈的光吸收，增强了激光晶体的热效应，从而阻碍了激光功率的提升。低声子能量的氟化钙晶体特有的萤石型结构使得三价稀土离子极易形成“团簇”，将低浓度Er3+掺杂到氟化钙晶体中即可获得高效率的中红外激光增益介质。笔者课题组使用温度梯度法成功生长了低浓度掺杂1.3at.%Er3+: CaF2激光晶体，利用LD直接泵浦获得了2.2 W的中红外激光输出，这是目前利用LD端面泵浦同类晶体中的最高中红外激光输出功率。同时，文中还对上转换泵浦方式下该晶体的2.8 μm激光特性进行了研究。实验结果表明，低浓度掺杂的1.3at.%Er3+: CaF2晶体是一类具有产业化前景的中红外激光材料，有望推动长波中红外激光器向着结构紧凑、成本低的方向发展。
中红外固体激光 Er3+低浓度掺杂CaF2晶体 高功率激光 LD泵浦 上转换泵浦 mid-infrared solid-state laser lightly Er3+-doped CaF2 crystal high-power laser LD pump up-conversion pump 红外与激光工程
2021, 50(8): 20210336
Author Affiliations
Abstract
1 Center of Light Manipulations and Applications & Shandong Provincial Key Laboratory of Optics and Photonic Device, School of Physics and Electronics, Shandong Normal University, Jinan 250014, China
2 Institute of Modern Optics, Nankai University, Tianjin 300350, China
3 Institute of Photonics and Quantum Sciences, Heriot-Watt University, Edinburgh EH14 4AS, UK
Optical channel waveguides with depressed cladding configurations have been produced in laser crystals by using ultrafast laser inscription. Waveguide properties are investigated in terms of guiding behaviors and localized laser-induced lattice damages. Under an optical pump of 808 nm light, continuous-wave waveguide lasing at 1.06 μm is achieved, with a single-mode operation and a minimum lasing threshold of 98.8 mW. Furthermore, the visible emissions of with short wavelengths ranging from 415 nm to 550 nm and long wavelengths from 550 nm to 625 nm are observed upon 808 nm laser excitation via the up-converted process. The intensity ratios of two wavelength ranges are proved to be tunable through changing the pumping polarizations.
femtosecond laser inscription optical waveguide CaF2 crystal laser upconversion Chinese Optics Letters
2021, 19(8): 081301
1 秦皇岛本征晶体科技有限公司, 秦皇岛 066000
2 哈尔滨工业大学化工与化学学院, 哈尔滨 150006
氟化钙(CaF2)晶体是一种性能优良的光学晶体材料。本研究用坩埚下降法生长了8英寸(20.32 cm)氟化钙单晶, 晶体外观完整, 无开裂及散射等宏观缺陷。定向切割后得到40 mm×6 mm的透明圆柱形晶体毛坯, 对毛坯样品进行二次退火处理后进行研磨抛光得到最终样品。对该系列样品进行紫外可见透过率、光学均匀性、应力双折射等测试。结果显示在200 nm波长处晶体透过率达到90%, 平均应力双折射小于0.5 nm/cm, 光学均匀性达到2.63×10-6。
氟化钙晶体 坩埚下降法 晶体退火 透过率 光学均匀性 应力双折射 CaF2 crystal Bridgman method crystal annealing transmittance optical homogeneity stress birefringence
1 中国科学院上海硅酸盐研究所, 透明光功能无机材料重点实验室, 上海 201899
2 武汉工程大学, 湖北省光学信息技术重点实验室, 武汉 430205)
采用多孔坩埚温度梯度法生长了0.6at%Eu∶CaF2晶体和共掺0.6at%Eu, 6.4at%Na∶CaF2, 0.6at%Eu, 6.4at%Gd∶CaF2晶体。XRD测试表明晶体仍均表现为纯CaF2的立方相, 共掺后吸收强度降低。以398 nm氙灯激发晶体材料, 荧光光谱表明共掺调剂离子后可明显增加Eu2+在424 nm处的发光强度, 而Eu3+的特征发射5D0→7FJ(J=1, 2, 3, 4) 除了表现出半峰宽变大外, 峰位和强度均无明显变化。0.6at%Eu, 6.4at%Gd∶CaF2表现出Eu3+的5D2→7F3和5D0→7F0特征发射峰, 主要可能归因于共掺Gd3+后打破了非反演对称结构, R值(电、磁偶极跃迁比值)明显降低, 提高了晶体格位结构的对称性。共掺Na+后在CIE色域坐标图上显示坐标由(0.303 7,0.142 5)可变为(0.204 3,0.062 6), 对应从紫色到蓝色的色域调控。
Eu∶CaF2晶体 光谱调控 发光 Na+/Gd3+共掺 多孔坩埚温度梯度法 Eu∶CaF2 crystal spectroscopy tailoring luminescence co-doping Na+/Gd3+ porous crucible temperature gradient method
1 山东师范大学物理与电子科学学院光场调控及应用中心, 山东省光学与光子器件技术重点实验室, 山东 济南 250014
2 萨拉曼卡大学应用物理系激光微加工组, 西班牙 萨拉曼卡 37008
采用飞秒激光对氟化钙晶体表面进行加工。通过调控激光参数,采用静止聚焦和动态扫描两种方式在晶体表面加工出一系列微结构(烧蚀孔和烧蚀线)。分别对两种加工方式烧蚀后的氟化钙晶体表面微结构进行系统研究,包括参数依赖关系、材料表面烧蚀阈值等。计算结果表明:在静止聚焦情况下,累积因子为0.0033;在动态扫描情况下,当扫描方向与激光偏振方向垂直或平行时,累积因子分别为0.0043和0.0052。飞秒激光加工过程中的脉冲累积效应能够对晶体的烧蚀产生重要影响。
物理光学 飞秒激光烧蚀 微结构 累积效应 氟化钙晶体
1 上海大学电子信息材料系, 上海 200444
2 中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海 201800
采用温梯法生长了两种不同掺杂浓度的Nd,Y∶CaF2晶体（0.6%Nd,5%Y∶CaF2，0.8%Nd,5%Y∶CaF2,其浓度均由原子数分数表示）,并测试了两种晶体样品的吸收光谱、发射光谱和荧光寿命。实验发现共掺Y3+可有效抑制浓度猝灭效应，改善晶体的光谱性能。共掺Y3+后Nd,Y∶CaF2在1.06 μm处的发射带宽达到26 nm，其带宽与钕玻璃相当。光谱测试表明两种晶体的最强发射峰均位于1054 nm，其中0.6%Nd,5%Y∶CaF2的荧光寿命为333 μs，发射截面为3.6×10-20 cm2，荧光量子效率为76.7%。采用0.6%Nd,5%Y∶CaF2晶体在1.56 W的抽运功率下获得了413.3 mW 的连续激光输出，斜率效率达到28.15%。
材料 激光晶体 Y∶CaF2晶体 激光二极管 浓度猝灭 中国激光
2013, 40(s1): s106002
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
2 天津大学精密仪器与光电子工程学院 光电信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300072
研究了一种新型激光晶体Na+,Yb3+:CaF2在激光二极管抽运下的激光性能。该晶体仅以自调Q方式运转,激光波长为1.05 μm,最低抽运吸收阈值功率仅30 mW,功率密度为0.60 kW/cm2。当输入功率接近5 W时,脉冲宽度稳定在1.5 μs,相应的重复频率为28 kHz。采用半导体可饱和吸收镜对Na+,Yb3+:CaF2晶体进行被动锁模,获得自调Q被动锁模激光脉冲。单束输出功率为180 mW,自调Q脉宽为7 μs,重复频率为5.2 kHz,其包络下的锁模超短激光脉冲的变换极限脉冲宽度为1 ps,重复频率为183 MHz,对应脉冲峰值功率为27 kW。
材料 Yb3+:CaF2晶体 低阈值 激光二极管抽运 自调Q 被动锁模
