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Abstract
Solid State Laser Laboratory, Center for Physical Sciences and Technology, Vilnius, Lithuania
We present a compact and cost-effective mJ-level femtosecond laser system operating at a center wavelength of approximately 2.15 μm. An affordable two-stage ytterbium-doped yttrium aluminum garnet (Yb:YAG) chirped pulse amplifier provides more than 10 mJ, approximately 1.2 ps pulses at 1030 nm to pump a three-stage optical parametric chirped pulse amplifier (OPCPA) based on bismuth borate crystals and to drive the supercontinuum seed in the YAG crystal. The energy of the amplified pulses in the wavelength range of 1.95–2.4 μm reached 2.25 mJ with a pump-to-signal conversion efficiency of approximately 25% in the last OPCPA stage. These pulses were compressed to 38 fs in a pair of Suprasil 300 glass prisms.
mid-infrared optical parametric chirped pulse amplifier short infrared supercontinuum ytterbium-doped yttrium aluminum garnet High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(2): 02000e27
1 中国科学院合肥物质科学研究院，安徽光学精密机械研究所，安徽省光子器件与材料重点实验室，合肥 230031
2 中国科学技术大学，合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室，合肥 230037
YAG晶体是一种典型硬脆材料，莫氏硬度达8.5，常温下不溶于任何酸碱，加工难度较大。针对YAG晶体研磨加工，本工作提出一种分步研磨工艺。基于游离磨料研磨的方法，在研磨过程中逐级减小碳化硼(B4C)磨料粒径，选用磨料W40、磨料W28、磨料W14、磨料W7分步骤研磨，4种磨料的粒度范围依次为：40～28 μm、28～20 μm、14～10 μm、7～5 μm。通过研磨参数试验研究了每个步骤中研磨压力、研磨盘和摆轴转速、研磨液中B4C质量分数等参数对研磨效果的影响，得出最佳研磨参数；通过截面显微法测量出YAG晶体研磨后亚表面损伤的深度，确定后续抛光去除量，并探究了亚表面损伤深度hSSD与研磨后表面粗糙度Ra的关系。研究表明：当研磨压力为44.54 kPa、研磨盘和摆轴转速为60 r/min、研磨液中B4C质量分数为15%时，每个研磨步骤均取得最好研磨效果：磨料W40、磨料W28、磨料W14、磨料W7研磨的材料去除率分别为83.12、57.32、27.54、9.53 μm/min，研磨后表面粗糙度Ra分别为0.763、0.489、0.264、0.142 μm。截面显微法测量得出分步研磨后产生的亚表面损伤深度为3.041 μm，需要在后续抛光中去除; 此研磨参数下YAG晶体研磨后亚表面损伤深度与表面粗糙度的关系为：hSSD=41.46×Ra4/3，该研究可为YAG晶体元件的实际加工生产提供指导。
钇铝石榴石晶体 研磨 亚表面损伤 材料去除率 表面粗糙度 yttrium aluminum garnet crystal lapping subsurface damage material removal rate surface roughness
中国计量大学 光学与电子科技学院， 浙江 杭州 310018
Y3Al5O12∶Ce3+(YAG∶Ce3+)荧光玻璃由于光谱中缺少红绿光成分，难以满足高显色激光照明的应用需求。本研究工作基于钇铝石榴石结构荧光材料宽光谱、高光效及高稳定的特性，选用绿色发光Y3(Ga,Al)5O12∶Ce3+(YAGG∶Ce3+)和橙色发光(Y,Gd)3Al5O12∶Ce3+(GdYAG∶Ce3+)荧光材料作为荧光玻璃中的荧光组分，获得了具有较高显色性能的荧光玻璃材料。详细研究了制备温度、荧光粉和玻璃粉的比例、YAGG∶Ce3+ 和GdYAG∶Ce3+ 荧光粉的比例以及样品厚度对其性能的影响。通过制备工艺及材料组分的优化，YAGG∶Ce3+/GdYAG∶Ce3+ 荧光玻璃样品在蓝色激光激发下的显色指数(Ra)可以达到79.7，相比YAG∶Ce3+ 荧光玻璃提升了13.7%左右。具有最优Ra的荧光玻璃样品的发光饱和阈值为1.63 W/mm2，此时样品的发光效率可以达到163.14 lm/W，可应用于激光照明领域实现白光照明品质的提升。
激光照明 钇铝石榴石 荧光玻璃 高显色 laser lighting yttrium aluminum garnet phosphor-in-glass high color-rendering
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
2 2.中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
3 3.厦门大学 材料学院, 厦门 361005
4 4.中国科学院 宁波材料技术与工程研究所, 宁波 315201
固态照明具有功率大、亮度高、体积小、节能环保等优点, 已成为21世纪最有前景的照明技术。作为固态照明关键材料, 荧光材料的性能直接决定固态照明器件的显色指数、流明效率和可靠性等技术参数。相较于荧光单晶、荧光玻璃、荧光薄膜及量子阱, 荧光陶瓷因具有优异的热学和光学性质及微观结构易调控等特点, 被认为是综合性能最优的大功率固态照明用荧光材料。未来, 荧光陶瓷将在汽车大灯、户外照明、激光电视、激光影院等领域得到更广泛的应用和发展, 具有广阔的市场前景。本文探讨了大功率固态照明用荧光陶瓷的设计原则, 重点介绍了目前研究相对较多的氧化物荧光陶瓷(主要指钇铝石榴石结构)和氮(氧)化物荧光陶瓷的研究进展, 最后对大功率固态照明用荧光陶瓷的未来发展方向进行了展望。
固态照明 荧光陶瓷 钇铝石榴石 氮(氧)化物 综述 solid-state lighting phosphor ceramics yttrium aluminum garnet nitrogen/oxynitrides review
1 潍坊学院物理与光电工程学院, 潍坊
2 华南师范大学华南先进光电子研究院, 广州
自从 20世纪 90年代提出了碟片激光器以来, 其作为一种高功率光源而受到广泛关注。碟片激光器与传统的固体激光器相比, 它的工作物质是非常薄的薄片, 因此在很大程度上可以改善晶体的热效应问题, 具有高光束质量、高转换效率、高输出功率等优点, 拥有良好的发展前景。文中提供了一个关于碟片激光器原理的概述, 总结了其关键技术及在工业、**和科研方面的应用, 并对其未来发展趋势做出预测。
碟片激光器 激光** 掺镱钇铝石榴石晶体 多通泵浦 thin-disk laser laser weapons ytterbium-doped yttrium aluminum garnet multi-pass pump
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
南阳理工学院电子与电气工程学院, 南阳 473000
稀土离子的近红外发光性能在光通信和太阳能利用等领域应用广泛。针对材料近红外发光性能较弱的问题, 采用Ce3+的敏化作用, 提高Nd3+的近红外发 光性能。利用提拉法生长得到大尺寸的Ce3+和Nd3+共掺杂Y3Al5O12(YAG)单晶, 用X-射线衍射仪对其物相进行分析, 并通过透射光谱对晶体透光率和吸收性质 进行了表征。通过对Ce3+的激发和发射光谱分析, 初步判断Ce3+和Nd3+间的能量传递行为。并通过Nd3+近红外激发和发射光谱分析, 研究Ce3+对Nd3+发光的影 响。实验结果表明, 由于Ce3+向Nd3+的有效能量传递作用, YAG∶Ce3+,Nd3+在450 nm蓝光激发时, 近红外1 060 nm发光增强1.5倍。
钇铝石榴石单晶 稀土掺杂 发光性能 能量传递 近红外发光 yttrium aluminum garnet single crystal rare earth doping luminescence property energy transfer near infrared luminescence
1 中山火炬职业技术学院光电信息学院，中山 528436
2 南京航空航天大学航天学院，工业和信息化部重点实验室，空间光电探测与感知实验室，南京 210016
3 江苏省埃迪机电设备实业有限责任公司，南京 211101
4 中国电子科技集团第55研究所，南京 210016
5 北方信息控制集团有限公司，南京 211153
为了满足高功率白光发光二极管(Light-Emitting Diode, LED)对荧光体的高性能要求，对白光LED用CexGd∶YAG单晶荧光材料的制备和光学、电学、热 学特性进行了研究。采用提拉法生长了CexGd∶YAG(x=0.02, 0.04, 0.06, 0.08)单晶，并借助于X射线衍射(XRD)、吸收光谱、发射光谱等对晶体的光谱特性进 行了表征, 同时也测试分析了相对荧光强度随温度的变化关系、基于不同Ce3+浓度CexGd∶YAG单晶的白光LED性能参数。结果表明CexGd∶YAG单晶在450 nm的 蓝光激发下，产生一个500~650 nm的宽峰发射，在100 ℃高温下，其荧光光强比商用荧光体粉末高出10%。当Ce3+浓度为6%时，采用CexGd∶YAG单晶荧光片的 白光LED光效高达153 lm/W，是Ce∶YAG和树脂荧光材料白光LED的两倍多。CexGd∶YAG单晶荧光片，具有更高更稳定的荧光光强，制作的白光LED光效有明显提 升，有望成为新型的商用荧光体。
钇铝石榴石(YAG) 铈 钆 晶体生长 高光效 白光发光二极管(LED) yttrium aluminum garnet cerium gadolinium crystal growth high luminous efficacy white light emitting diode (LED)
南京航空航天大学材料科学与技术学院, 江苏 南京 210016
以钇铝石榴石(YAG)∶Ce
3+荧光粉为原料,采用固相烧结法制备了YAG陶瓷。通过溶胶-凝胶法在粉体表面包覆活性SiO2,添加CuO-TiO2复相烧结助剂以改善YAG陶瓷的烧结性能。对粉体粒径、包覆前后的光学性能、显微形貌进行了分析,研究了YAG陶瓷结构和力学性能。研究结果表明,臼式研磨与球磨能有效降低粉体的粒度,SiO2包覆促进了陶瓷的致密化烧结过程;当包覆量(质量分数)为2%时,YAG陶瓷的烧结温度降至1575 ℃,致密度达到96.3%,洛氏硬度为87.6 HRA,断裂韧性为1.8 MPa·m
1/2。CuO-TiO2复合烧结助剂的助烧效果优于CuO单一烧结助剂的,当CuO-TiO2的质量分数为2%、 CuO与TiO2的质量比为1∶2时,YAG陶瓷的烧结温度降至1450 ℃,洛氏硬度为88.5 HRA,断裂韧性为1.7 MPa·m
1/2。
材料 钇铝石榴石(YAG)陶瓷 氧化硅包覆 低温烧结 力学性能 激光与光电子学进展
2018, 55(11): 111602
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 北京控制工程研究所, 北京 100190
研究了使用钛宝石放大器输出的重复频率为50 kHz、中心波长为775 nm、脉冲宽度为160 fs的超快激光在掺镱钇铝石榴石(Yb:YAG)中刻写双线型光波导的过程。发现了波导具有偏振导光现象，偏振态平行于双线方向的激光可以导通，偏振态垂直于双线方向的激光不能导通。详细分析了双线间距、刻写速度和激光脉冲能量对波导形成的影响，在双线间距为30 μm、刻写速度为400 μm/s、脉冲能量为5.0 μJ的条件下写入的光波导导光特性良好。利用近场模重建了该波导折射率二维分布，波导区域折射率相对于基质改变量的最大值为1.8×10-4，且该波导在940 nm半导体激光抽运激励下，获得了1030.5 nm的连续激光输出，激光功率为4.7 mW。
超快激光 集成光学 掺镱钇铝石榴石晶体 光波导 波导激光 光学学报
2014, 34(12): 1232002
