1 山东大学晶体材料国家重点实验室，晶体材料研究院，济南 250100
2 山东省工业技术研究院，济南 250100
蓝宝石单晶光纤结合了蓝宝石单晶熔点高、物理化学性能稳定的性能特点和光纤长径比大的结构优势，在高温传感、辐射探测等领域得到了广泛的研究。本文通过激光加热基座(LHPG)法成功制备出高质量蓝宝石单晶光纤，其最小直径为50 μm，具有极高的柔韧性。在此基础上系统研究了晶体取向、晶体直径、退火温度等因素对蓝宝石单晶光纤应力分布及力学性能的影响规律，所制备的蓝宝石单晶光纤抗拉强度超过3 000 MPa，展现出了优异的力学性能。
单晶光纤 蓝宝石光纤 单晶生长 激光加热基座法 光纤应力 抗拉强度 single crystal fiber sapphire crystal fiber single crystal growth laser-heated pedestal growth method fiber stress tensile strength
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
李海涛 1,2,3赵波 2,***张祥志 1,3,4,**郭智 1,3,4[ ... ]邰仁忠 1,2,3,4,*
1 中国科学院上海高等研究院 上海 201210
2 上海科技大学 上海 201210
3 中国科学院上海应用物理研究所 上海 201800
4 中国科学院大学 北京 100049
同步辐射实验方法在研究材料的结构和物性上具有独特的优势，然而，要实现同步辐射原位高温条件，尤其温度高于2 000 K以上，对很多实验方法来说还是一个挑战。激光加热方法可以实现快速、微区的极端高温条件，已经成为高温物性研究的重要工具。上海同步辐射光源在极端高温研究领域，例如高熵合金、涡轮叶片、航空材料等还欠缺相关的原位高温条件，因此，研制了一种便携式连续激光加热装置，利用光谱仪获得样品的热辐射谱，并通过黑体辐射方法拟合出样品的温度梯度和温度稳定性。利用该装置成功实现真空环境中钨片的快速熔化（熔点约3 695 K），并在上海同步辐射光源表面衍射线站获得了1 608 K原位条件下的MoS2和CTAB-MoS2材料X射线衍射图谱。本工作所研制的激光加热方法拓展了上海光源在极端条件下的实验能力，为极端高温条件下的材料物性研究提供了重要手段。
激光加热 同步辐射 原位实验 X射线衍射 Laser heating Synchrotron radiation In situ experiments X-ray diffraction
山东大学晶体材料国家重点实验室，晶体材料研究院，济南 250100
单晶光纤(SCF)是具有纤维结构的“准一维”功能晶体材料，在高能激光、高温传感、辐射探测、信息通信等**民生领域展现出了巨大的应用前景。本文采用激光加热基座技术成功制备出直径60~100 μm、长径比>6 000∶1的超细Al2O3、YAG单晶光纤，单晶光纤平均直径起伏<4%，展现出良好的柔韧性与波导特性，为单晶光纤器件的小型化与集成化创造了条件。
超细单晶光纤 Al2O3单晶光纤 YAG单晶光纤 激光加热基座法 功能晶体 单晶生长 直径起伏 ultrafine single-crystal fiber Al2O3 single-crystal fiber YAG single-crystal fiber laser heated pedestal growth method functional crystal crystal growth diameter fluctuation
山东大学 晶体材料国家重点实验室, 山东 济南 250100
稀土倍半氧化物单晶光纤材料凭借超高的熔点(~2 400 ℃)、稳定的物化性能以及灵活的结构被认为是极具潜力的高温传感介质。本文采用激光加热基座(LHPG)法, 成功生长了透明无开裂Dy3+离子掺杂的倍半氧化物单晶光纤Lu2O3 和Y2O3 。依据Dy3+离子的4I15/2和4F9/2能级为一对热耦合能级对(TCLs), 测试得到了430~520 nm波长范围内的下转换荧光光谱。荧光强度比(FIR)结果显示, 晶体在298~673 K温度范围内的荧光强度具有良好的温度相关性。其中Dy∶Lu2O3 在该范围内的最大相对灵敏度和绝对灵敏度分别为0.97%·K-1(315 K)和1.62×10-4 K-1(673 K), 展现出更为优异的温度传感性能。
激光加热基座法 倍半氧化物单晶光纤 下转换荧光 荧光强度比 温度探测 laser heated pedestal growth(LHPG) method sesquioxide single crystal fibers(SCFs) down-conversion luminescence fluorescence intensity ratio(FIR) temperature sensing
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
光开关是集成光路上一个重要的元器件。提出了一种用在L和C波段基于硫系相变材料（Ge2Sb2Se4Te1）的片上2×2定向耦合器式的可重构光开关，可通过改变相态切换开关。利用仿真软件Lumerical中的Mode Solutions和FDTD Solutions模块设计器件，得到在1500～1625 nm内耦合长度为24.9 μm的Ge2Sb2Se4Te1非晶态下插入损耗（IL）＞−0.36 dB，串口对比度（CT）＜−24 dB；Ge2Sb2Se4Te1晶态下IL＞−0.44 dB，CT＜−30.46 dB。利用仿真软件COMSOL模拟532 nm波长激光加热Ge2Sb2Se4Te1，结果显示：一个25 ns、峰值功率45 mW的高斯短脉冲可以使材料由晶态转化为非晶态；施加多个峰值功率20 mW、周期1 μs且占空比0.03%的高斯脉冲阵列可重回晶态。仿真结果表明，设计的光开关在通信波段通过激光加热可以快速实现切换光路的作用。
硫系相变材料 光开关 激光加热 chalcogenide phase-change material optical switching laser heating
单晶光纤因其独特的结构特点以及优良的物理性能而被广泛应用于高功率激光器、辐射探测以及高温环境监测等领域。本文综述了单晶光纤的生长技术, 探讨了微下拉法(μ-PD)、激光加热基座法(LHPG)以及导模法(EFG)的生长特点, 并重点梳理了单晶光纤生长过程中存在的问题及解决方案。此外详细介绍了包层制备技术发展现状以及局限性。最后, 阐述了现阶段单晶光纤的主要分类以及应用场景并对未来发展作出展望。
单晶光纤 微下拉法 激光加热基座法 导模法 化学溶蚀法 包层制备 光纤种类 single crystal fiber micro-pulling-down method laser heated pedestal growth edge-defined film-fed growth chemical dissolution method cladding preparation fiber type
催化剂在化工生产中对产品生产效率起着至关重要的作用。某些催化剂在生产制造过程中需要进行焙烧加热制得，传统加热方式一般采用电阻丝进行加热。但电阻丝加热不能在较短时间内达到所需温度，并且温度和加热区域较难精确控制。因此，提出一种新型的选区激光加热方式。首先利用Zemax软件模拟对激光进行了光束整形，以达到最终出光面积为200 mm2、区域内能量密度均匀（5 W/cm2）的实际催化剂加热要求；其次设计了一套承载装置，实现了激光器、透镜加持装置、试管夹持装置的模块化拆装，便于后续更换、维修；最后提出了一套温度检测控制方案，通过Ansys模拟高斯光源加热，发现热源功率与催化剂材料受热点的最高温度呈线性相关，而后据此利用Matlab中的Simulink模拟PID算法，获得了PID控制激光功率与温度的合适参数。
选区激光加热 光束整形 温度控制 selective laser heating Zemax Zemax beam shaping temperature control
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 中国科学院透明光功能无机材料重点实验室, 上海 201899
2 2.中国电子科技集团公司 第二十六研究所, 重庆 400060
单晶光纤即具有光纤形态的单晶材料, 是功能晶体材料一维化发展的重要体现。单晶光纤兼具单晶材料优异的光学性能和激光光纤散热效率高、光束质量高等特点, 有望解决传统玻璃材质激光光纤非线性效应强、热导率低等瓶颈问题, 实现激光峰值功率、脉冲能量等性能的突破。本工作采用自主研制的激光加热基座(Laser-heated Pedestal Growth, LHPG)单晶光纤炉制备了两组Ф0.2 mm×710 mm的Yb3+掺杂Y3Al5O12(Yb:YAG)单晶光纤, 并对其进行了表征。制备的单晶光纤长径比大于3500, 直径波动小于5%, 且表现出一定的柔韧性; X射线摇摆曲线测试结果显示Yb:YAG单晶光纤的结晶质量与所用源棒相比有所提升; EDS线扫描结果证明单晶光纤中的Yb3+沿轴向呈现均匀分布。实验结果表明: 准一维化的单晶光纤具有良好的结晶质量与光学均匀性, 有望成为一种性能优异的高功率激光增益材料。
