1 中国科学院福建物质结构研究所，光电材料化学与物理重点实验室，福州 350002
2 中国科学院大学物理科学学院，北京 100049
采用提拉法生长了1.85%Er,23.95%Yb∶Ba3Gd(PO4)3和1.95%Er,55.73%Yb∶Ba3Gd(PO4)3两种晶体(式中Er、Yb浓度为原子数分数)。测量并分析了晶体在室温下的吸收系数谱、上转换荧光谱、发射截面谱、增益截面谱和荧光衰减曲线。1.85%Er,23.95%Yb∶Ba3Gd(PO4)3晶体在峰值荧光波长1 537 nm处的发射截面、Er3+的4I13/2多重态荧光寿命和Yb3+→Er3+的能量传递效率分别为0.54×10-20 cm2、9.9 ms和90%；1.95%Er,55.73%Yb∶Ba3Gd(PO4)3晶体在峰值荧光波长1 537 nm处的发射截面、Er3+的4I13/2多重态荧光寿命和Yb3+→Er3+的能量传递效率则分别为0.58×10-20 cm2、9.7 ms和93%。基于975 nm半导体激光端面泵浦，在1.85%Er,23.95%Yb∶Ba3Gd(PO4)3晶体中实现了97 mW最高功率和27.1%斜效率的1 567 nm连续激光输出，在1.95%Er,55.73%Yb∶Ba3Gd(PO4)3晶体中实现了93 mW最高功率和17.1%斜效率的1 567 nm连续激光输出。
人眼安全1.5 μm激光 激光晶体 Er3+,Yb3+∶Ba3Gd(PO4)3晶体 提拉法 光谱性能 连续激光性能 eye-safe 1.5 μm laser laser crystal Er3+,Yb3+∶Ba3Gd(PO4)3 crystal Czochralski method spectroscopic property continuous-wave laser performance
1 山东大学晶体材料国家重点实验室，济南 250100
2 国科光电科技有限责任公司，北京 100094
3 山东省工业技术研究院，济南 250100
倍半氧化物具有优异的热学性能、稳定的物化性能、低的最大声子能量和强的晶体场，是理想的高功率、大能量激光基质材料。倍半氧化物具有超高熔点，因此其高质量、大尺寸的晶体制备极其困难，研究人员对此进行了长期的研究探索。近年激光技术发展对高品质倍半氧化物单晶的迫切需求促使相关晶体的生长技术取得了突破。本文在简单介绍倍半氧化物性能与结构的基础上，详细综述了Lu2O3、Sc2O3、Y2O3倍半氧化物晶体的生长方法及缺陷种类，系统总结了稀土离子掺杂的倍半氧化物在1~3 μm波段内的激光性能，最后对其未来的研究与发展方向进行了展望。
倍半氧化物 激光基质材料 晶体生长 晶体缺陷 激光性能 sesquioxide host material for laser crystal growth crystal defect laser performance Lu2O3 Lu2O3 Sc2O3 Sc2O3 Y2O3 Y2O3
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
2 暨南大学理工学院光电工程系, 广州 510000
稀土离子掺杂氟化物晶体具有宽透光波段高透过率、低声子能量、长荧光寿命、负热光系数等优良特性, 可以产生从紫外到中红外波段激光, 是一类重要的激光增益介质。本文综述了本团队在稀土离子掺杂LiLuF4、LiYF4、BaY2F8、LaF3、PbF2、CeF3等氟化物晶体生长、光学和激光性能等方面的研究进展, 总结了稀土离子共掺敏化、退激活、能级耦合调控以及多离子发光等方面的研究工作, 展望了稀土离子掺杂氟化物激光晶体的研究发展趋势。
稀土离子 氟化物晶体 激光晶体 晶体生长 光学性能 激光性能 rare-earth ion fluoride crystal laser crystal crystal growth optical property laser property 人工晶体学报
2022, 51(9-10): 1573
1 广东省晶体与激光技术工程研究中心，广州 510632
2 暨南大学理工学院光电工程系，广州 510632
为了探索二维材料作为被动调Q激光器的可饱和吸收体的更多可能性，利用预研磨液相剥离法(LPE)制备出锑烯纳米片，并借助拉曼光谱、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、UV-Vis-NIR分光光度计对样品的物相组成、微观结构及吸收性能进行表征。将锑烯纳米片作为可饱和吸收体首次在1.3 μm发射波长的Nd∶GYAP全固态激光器实现被动调Q，其最短脉冲宽度为589 ns，重复频率为424 kHz，峰值功率为1.14 W，平均输出功率为284 mW，最大单脉冲能量为669.43 nJ。实验证明了锑烯纳米片具有在近红外区域作为全固态调Q激光器的可饱和吸收体的潜力。
锑烯纳米片 可饱和吸收体 预研磨液相剥离法 被动调Q 1.3 μm波段 激光性能 二维材料 激光器 antimonene nanosheet saturable absorber pre-grinding liquid-phase-exfoliation method passively Q-switched 1.3 μm laser performance 2D material laser
1 福州大学化学学院, 福州 350108
2 中国科学院福建物质结构研究所, 福州 350002
利用改进的提拉法生长了一种新型Y4-Nd∶Y4 复合晶体, 在晶体中部实现了Nd3+的0.10%~0.25%(原子数分数)浓度梯度掺杂。晶体中, Nd3+掺杂区的弱吸收系数较未掺杂区大, 表现出界面吸收现象。观测了复合晶体对泵浦光的吸收和温度分布, 发现晶体沿轴向的泵浦吸收相对均匀, 温度梯度相对较小。未镀膜的复合晶体样品在1 064 nm波段显示了良好的连续激光性能,光-光转换效率为37.0%, 斜效率为40.9%。
钒酸盐晶体 复合晶体 激光晶体 浓度梯度 弱吸收 温度梯度 激光性能 vanadate crystal composite crystal laser crystal concentration gradient weak absorption temperature gradient laser performance
1 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 2.中国科学院大学, 材料与光电研究中心, 北京 100049
3 3.意大利国家研究委员会 国立光学研究所, 佛罗伦萨 50019
4 4.意大利国家研究委员会 “Carrara”应用物理研究所, 佛罗伦萨 50019
Nd:Lu2O3材料由于具有高热导率、低声子能量和优异的光学特性而成为非常有前景的高功率固体激光器用的增益介质。但Lu2O3单晶的熔点超过2400 ℃, 难以生长, 而Lu2O3陶瓷既能在低温下制备, 又具有与晶体相当的光学性质和激光性能从而备受关注。本研究制备了高透明的Nd:Lu2O3陶瓷并对其光学性质和激光性能进行探究。以共沉淀法制备的纳米粉体为原料, 采用真空烧结结合热等静压(HIP)两步烧结法制备了1.0at%Nd:Lu2O3透明陶瓷。对制备的粉体、素坯和陶瓷的微结构进行了表征: HIP后处理的陶瓷平均晶粒尺寸是724.2 nm。厚度为1.0 mm的1.0at%Nd:Lu2O3透明陶瓷在1100 nm处的直线透过率是82.4%, 样品在806 nm处的吸收截面为1.50´10-20 cm2, 而根据荧光光谱计算得到的发射截面为6.5´10-20 cm2。分别在878.8 和895.6 nm波长激发下, 1.0at%Nd:Lu2O3透明陶瓷4F3/2·4I11/2跃迁的平均荧光寿命均为169 ms。当输出耦合镜的透过率TOC=2.0%时, 退火后的1.0at% Nd:Lu2O3透明陶瓷获得了最大输出功率为0.47 W的准连续(QCW)激光输出, 斜率效率为8.7%。本研究成功制备了显微结构均匀、高透明度的1.0at%Nd:Lu2O3陶瓷, 并展示了其在固体激光增益介质领域的广阔应用潜力。
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 蚌埠学院 理学院, 硅基新材料工程技术研究中心, 蚌埠 233030
3 中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049
以高纯Y2O3, α-Al2O3, Yb2O3粉体作为原料, 采用固相反应和真空烧结法(1750 ℃, 30 h)制备了高光学质量的Yb:YAG透明陶瓷。5.0at% Yb:YAG陶瓷中Yb 3+的实测浓度为6.41×10 20 cm -3, 晶胞密度为4.65 g/cm 3。本工作重点研究了Yb:YAG陶瓷的显微结构、光谱特性和激光性能参数。场发射扫描电镜(FESEM)结果表明, Yb:YAG陶瓷的结构均匀致密、晶界干净平直, 平均晶粒尺寸为(19±3) μm。该陶瓷样品(厚度为4.0 mm)在400 nm处的直线透过率为82.5%, 在1100 nm处的透过率为85.2%。泵浦波长940 nm处的泵浦饱和光强最小, 激光波长1030 nm处的泵浦阈值功率最低, 940 nm泵浦1030 nm激光的品质因子为1.02×10 -22 cm·s。通过计算增益截面表明Yb:YAG陶瓷宽带可调谐, 是理想的激光增益材料。
Yb:YAG陶瓷 反应烧结 光谱特性 激光性能参数 Yb:YAG ceramics reactive sintering spectral properties laser performance parameters
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 强激光材料重点实验室, 上海 201800
2 暨南大学理工学院光电工程系, 广州 510000
3 中国科学院大学, 材料与光电研究中心, 北京 100049
4 中国科学院上海光学精密机械研究所, 强激光材料重点实验室, 上海 2018003
中红外激光晶体材料作为激光技术核心增益材料之一, 在**光电对抗、激光医疗、卫星遥感、环境监测、基础科学等领域具有非常重要的应用。本文介绍了近年来在中红外氟化物激光晶体材料中, 关于晶体生长、光学性能优化以及中红外激光性能等方面的研究工作, 特别是在中红外光学性能优化调控方面, 主要介绍基于稀土能级耦合的相互作用, 有效抑制发光离子的自终止效应, 以及为发光离子提供有效泵浦通道。
中红外氟化物激光晶体 晶体生长 光学性能优化 中红外激光性能 mid-infrared fluoride laser crystal crystal growth optical performance optimization mid-infrared laser performance
广州市光机电技术研究院, 广东 广州 510663
以Nd∶YAG透明陶瓷为增益介质, 搭建了一套激光性能评估系统, 研究了Nd∶YAG透明陶瓷的尺寸对激光性能的影响。实验结果表明, 当Nd∶YAG透明陶瓷的尺寸较小时, 在相同抽运功率下, 激光输出功率随着尺寸的增加而增大, 但增幅有所下降; 当Nd∶YAG透明陶瓷的尺寸为3 mm×3 mm×9 mm时, 获得了功率为4.94 W的连续激光输出, 相应的斜率效率为37.7%; 当抽运功率为17 W时, 激光输出功率随Nd∶YAG透明陶瓷尺寸变化的数值模拟结果与实验结果相吻合; 与Nd∶YAG单晶相比, Nd∶YAG透明陶瓷可通过提高掺杂浓度来提升激光性能。
激光技术 激光性能 透明陶瓷 尺寸 激光与光电子学进展
2017, 54(12): 121407
1 国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
2 高能激光技术湖南省重点实验室, 湖南 长沙 410073
3 中航工业成都飞机设计研究所, 四川 成都 610091
针对铝合金基材设计了ZrO2陶瓷涂层, 采用976 nm连续波激光对样品的抗激光性能进行了测试。基材厚度为2.5 mm, 涂层厚度为0.3 mm, 实验测试时样品前表面加载了0.3 Ma切向空气流。记录了辐照区域后表面测点的温度变化情况, 测量了未辐照区与辐照区的反射率谱, 并进行了XPS成分分析。结果表明: 平均功率密度700 W/cm2的激光辐照60 s样品没有熔化; 辐照区域颜色变白, 对近红外光的反射率变大。颜色变白的原因可能是涂层表面沾染的含碳化合物在激光辐照过程中被热解或气化, 这与XPS检测结果相一致。
抗激光性能 ZrO2陶瓷涂层 反射率谱 XPS分析 切向气流 anti-laser performance ZrO2 ceramic coating reflectance spectrum XPS analysis 红外与激光工程
2017, 46(6): 0606002
