1 中国计量大学 光学与电子科技学院， 光电材料与器件研究院， 浙江 杭州 310018
2 中国科学院 上海应用物理研究所， 上海 201800
3 中国科学院 上海高等研究院， 上海 201200
4 中国科学院大学， 北京 101408
3 μm激光处于分子指纹区，在医疗外科、气体检测、**应用等领域都有重要的应用价值。Er3+∶ZBLAN光纤激光器具有效率高、可集成的优点，是3 μm激光的主要输出方式。本文从铒离子跃迁产生3 μm激光出发，围绕Er3+∶ZBLAN光纤激光器，介绍了3 μm激光产生的结构原理及能级系统，总结了实现该波段高功率连续输出和脉冲输出的技术方案和研究进展，重点介绍了基于不同材料可饱和吸收体的调Q和锁模激光器实验研究，并对目前实现3 μm波段高功率输出需要解决的问题进行了分析，最后对Er3+∶ZBLAN激光器的发展方向进行了展望。
3 μm激光 掺Er3+光纤 光纤激光器 脉冲激光 3 μm laser Er3+-doped fiber fiber lasers pulsed laser 
Author Affiliations
Abstract
1 National Key Laboratory of Tunable Laser Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
2 Department of Physics and Chemistry, PLA Army Academy of Special Operations, Guangzhou 510507, China
3 Zhengzhou Research Institute of Harbin Institute of Technology, Zhengzhou 450000, China
We demonstrate a high power, Er:LuAG single-longitudinal-mode laser in an anti-misaligned resonator. Based on the Faraday effect, a 1.61 W single-longitudinal-mode (SLM) laser is obtained with the double corner-cube-retroreflector (CCR) structure, and the tunable wavelength is 1649.2–1650.3 nm. Additionally, we investigate the anti-misalignment characteristics when the CCR moves and rotates along the optical axis. Furthermore, by utilizing the Er:LuAG amplifier, the maximum 2.32 W single-longitudinal-mode laser at 1649.6 nm is achieved. The beam quality factors M2 of the 2.32 W Er:LuAG single-longitudinal-mode laser are 1.23 and 1.25 along the horizontal () and vertical () directions, respectively.
Er:LuAG single-longitudinal-mode laser Faraday effect MOPA system double corner-cube-retroreflector resonator Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 021401
1 中国科学院合肥物质科学研究院健康与医学技术研究所，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
对闪光灯泵浦的2.79 μm Er，Cr∶YSGG激光器在高重复频率下的声光调Q输出特性进行了研究。当射频驱动功率为30 W时，LiNbO3声光开关实现了最大的衍射效率和稳定的调Q特性。当重复频率为100 Hz时，实验研究了不同反射率下LiNbO3声光调Q Er，Cr∶YSGG激光器的输出特性，采用平凸谐振腔补偿增益介质中的热透镜效应，明显改善了Er，Cr∶YSGG激光器的调Q输出性能，在平凸腔中能够得到最大的脉冲能量和最短的脉冲宽度。与平平腔相比，平凸腔将激光器的输出能量提高了1.5倍。当重复频率为100 Hz时，激光系统输出的脉冲能量的最大值为4.36 mJ，脉冲宽度的最小值为76.8 ns。
激光器 固体激光器 Er，Cr∶YSGG LiNbO3声光调Q 平凸谐振腔 中国激光
2023, 50(23): 2301015
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 中国科学院上海硅酸盐研究所，上海 201899
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049
本文采用了激光加热基座(LHPG)法逆向生长技术，实现了多组分Er∶YAP晶体的快速制备。利用LHPG法开展了Er∶YAP单晶光纤的生长研究，通过解决单晶光纤生长过程中存在的色心、开裂、直径起伏等关键问题，制备出直径0.8 mm、长度65 mm的高品质Er∶YAP单晶光纤。对不同掺杂浓度Er∶YAP晶体的光谱性能进行表征分析，结果表明掺杂浓度5%(原子数分数)时，Er3+间存在较强的能量传递过程，有利于实现高效率中红外激光输出。
中红外激光 Er∶YAP晶体 激光加热基座法 单晶光纤 能量传递 mid-infrared laser Er∶YAP crystal laser-heated pedestal growth method single crystal fiber energy transfer
1 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室，天津 300401
为了减弱激光二极管端面泵浦固体激光器热效应的影响，提高激光谐振腔稳定性及改善激光器的输出特性，以激光二极管端面泵浦Er:Yb:glass/Co:MALO晶体为研究对象，采用有限元分析方法，并根据热传导理论对其进行多物理场耦合热效应分析，系统分析了非键合和键合晶体、泵浦中心波长、功率以及束腰半径对激光晶体的温度场、热应力场以及形变量的影响。结果表明：键合晶体中Co:MALO晶体不仅起到了被动调Q的作用，还起到了热沉的效果，可以有效改善晶体内部的温度分布、热应力和形变量。中心波长为940 nm的泵浦对晶体的穿透性远高于976 nm，采用940 nm的泵浦可以改善晶体的最高温度，但976 nm泵浦结构是扩散键合较安全的结构。由于增大泵浦功率会导致晶体单位面积功率密度分布的增加，热效应也会加剧，泵浦功率增大100 mW对应温度增加9 K，热应力增加1.5 MPa，热形变增加0.5 μm。减小泵浦光束半径也会导致热效应的增加，但影响相较于功率不明显。理论分析结果可为激光二极管端面泵浦铒镱共掺磷酸盐玻璃1.5 μm固体激光器减小热效应的合理优化设计提供数据理论支持。
LD端面泵浦 Er:Yb:glass/Co:MALO 调Q激光器 热效应 热应力 LD end-pumped Er:Yb:glass/Co:MALO Q-switched laser thermal effect thermal stress 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230349
1 西南交通大学物理科学与技术学院, 成都 610031
2 西南交通大学超导与新能源研究开发中心, 成都 610031
MnBi2Te4是首次被发现的一种本征磁性拓扑绝缘体, 具有重要的研究意义。本文通过在MnBi2Te4晶体中进行稀土元素掺杂, 合成了Er掺杂MnBi2Te4晶体, Er原子进入晶格并取代Mn位。在晶体制备过程中, 考虑到目前晶体制备工艺周期较长, 生成物存在Bi2Te3助熔剂等杂质的问题, 对晶体制备工艺进行了优化探索。XRD测试结果表明, 利用改进工艺制备的Er掺杂MnBi2Te4晶体结晶性能良好, 不含杂质相。磁电输运测量结果显示, 少量Er掺杂MnBi2Te4晶体的磁性增强, 掺杂样品在25.2 K发生反铁磁相变。使用原子力显微镜对Er掺杂MnBi2Te4晶体层间距进行了研究, 发现层间距为单层MnBi2Te4的整数倍。通过拉曼测试研究了Er掺杂MnBi2Te4晶体声子振动模式, 结果表明, Er掺杂是调节MnBi2Te4磁性的一种可行方法。
反铁磁拓扑绝缘体 Er掺杂 结晶性 磁性 声子振动模式 MnBi2Te4 MnBi2Te4 antiferromagnetic topological insulator Er doping crystallinity magnetic property phonon vibration mode
强激光与粒子束
2023, 35(7): 071007
1 重庆理工大学理学院, 重庆 400054
2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院, 重庆 400714
3 中国科学院大学重庆学院, 重庆 400714
4 重庆邮电大学光电工程学院, 重庆 400065
化学气相沉积(CVD)是大尺度二维材料生长的有效方法, 但CVD过程不可避免地会产生高密度的空位缺陷, 影响材料的光电性能。本文利用碱金属卤盐辅助CVD法直接在p型Si(111)衬底上生长了毫米尺度和原子层厚的WS2。通过在钨源中掺入饱和ErCl3粉末, 得到Er掺杂WS2薄膜(WS2(Er))。结合光学显微镜、扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱、能量色散X射线光谱、光致发光和拉曼光谱等技术对材料进行表征, 结果表明, 相比纯WS2, WS2(Er)薄膜的荧光强度获得数量级增长, 且中心波长大幅红移。荧光测试表明, 相比SiO2衬底上的WS2, 在Si衬底上生长的WS2的荧光特性出现了明显的电荷转移效应。基于SiO2衬底上的WS2和WS2(Er)场效应晶体管器件的光电测试结果表明, WS2(Er)场效应晶体管的光响应度为4.015 A/W, 外量子效率为784%, 均是同等条件下纯WS2器件的2 000倍以上。本工作对稀土掺杂二维材料的研究具有一定的参考意义。
化学气相沉积 二硫化钨 铒掺杂 单晶硅 荧光特性 光电特性 CVD WS2 Er doping single-crystal silicon fluorescent property photoelectric property
1 洛阳职业技术学院，汽车与轨道交通学院，河南 洛阳 471000
2 河南理工大学机械工程系，河南 焦作 450064
3 河南宇畅车辆制造有限公司，河南 商丘 450064
为了提高SLM成形Al-12Si合金的综合性能，通过气雾处理方式加入Er、Zr元素后进行SLM制备Al-12Si-(Er-Zr)合金。通过试验测试手段研究其微观结构、物理力学特性等指标，深入分析Er与Zr元素在Al-12Si-(Er-Zr)合金SLM加工过程中的强化作用机制。研究结果表明：在能量密度达到57.5 J/mm3时，合金获得99.2%的最高相对密度。SLM制备Al-12Si-(Er-Zr)合金中存在灰色Al与白色共晶Si组织，呈网状分布形态特征，Er、Zr元素可以对Al-12Si-(Er-Zr)合金起到明显晶粒细化的效果。与Al-12Si合金相比，SLM制备Al-12Si-(Er-Zr)合金硬度增大了26.1%，合金拉伸强度增大20%，屈服强度增大27%，伸长率变化不明显。SLM制备Al-12Si-(Er-Zr)合金晶粒都达到较大的Schmid因子，含有更多的高Taylor因子，更高比例Brass冷轧织构和Copper拉伸织构，使Al-12Si-(Er-Zr)合金获得更高的力学强度。
选区激光熔化 Al-12Si-(Er-Zr)合金 显微组织 性能强化 selective laser melting Al-12Si-(Er-Zr) alloy microstructure strengthen performance
