1 武汉工程大学, 等离子体化学与新材料湖北省重点实验室, 武汉 430205
2 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
3 固体激光技术重点实验室, 北京 100015
2 μm 波段处于人眼安全波长, 在医疗、加工、红外探测与对抗,以及大气环境监测等军、民两用领域有着重要潜在和实际应用。Ho3+掺杂倍半氧化物陶瓷具有宽的吸收和发射光谱、高热导率以及低声子能量等优点, 是一类重要的 2 μm 波段激光材料。通过材料固溶原理, 可以实现光谱更加宽化, 这使其有可能成为一类性能优异的中红外固体激光材料。本文以商业Y2O3、Sc2O3以及Ho2O3粉体为原料, 添加少量ZrO2(原子比为0~1.0%)作为烧结助剂, 采用真空预烧, 结合热等静压烧结的工艺, 成功制备出高透明的0.5%Ho∶(Y0.7Sc0.3)2O3陶瓷。研究了ZrO2掺杂浓度(0~1.0％)对Ho∶(Y0.7Sc0.3)2O3激光陶瓷致密化过程和光学性能的影响。通过添加ZrO2有效抑制了高温下Ho∶(Y0.7Sc0.3)2O3陶瓷晶粒的生长, 掺杂1.0％ZrO2的Ho∶(Y0.7Sc0.3)2O3陶瓷经1 690 ℃下真空预烧结4 h和1 600 ℃/190 MPa热等静压烧结3 h后, 其透过率在1 100 nm处达到79.1％(厚度为4.4 mm), 接近理论透过率。
激光陶瓷 光学性能 热等静压 Ho∶(Y0.7Sc0.3)2O3 Ho∶(Y0.7Sc0.3)2O3 laser ceramics optical property ZrO2 ZrO2 hot isostatic pressing
1 中国工程物理研究院化工材料研究所, 绵阳 621900
2 成都理工大学信息科学与技术学院(网络安全学院、牛津布鲁克斯学院), 成都 610059
2~5 μm中红外激光在民用和**领域的应用十分广泛。直接泵浦中红外激光增益介质材料是产生中红外激光的主要方式之一, 二价过渡金属离子Cr2+或Fe2+掺杂的ZnS或ZnSe (TM2+∶Ⅱ-Ⅵ)材料以其独特的光谱特性成为目前最具发展前景的中红外激光增益材料之一。本文首先归纳了TM2+∶Ⅱ-Ⅵ材料的主要制备技术路线, 然后重点介绍了采用激光陶瓷技术制备TM2+∶Ⅱ-Ⅵ材料的研究进展, 最后对TM2+∶Ⅱ-Ⅵ陶瓷的原料制备与烧结技术的优化进行了展望。希望以此促进TM2+∶Ⅱ-Ⅵ激光陶瓷材料的发展, 为获得高性能的TM2+∶Ⅱ-Ⅵ中红外激光器奠定关键材料基础。
激光陶瓷 中红外激光 TM2+∶Ⅱ-Ⅵ材料 光谱特性 烧结技术 laser ceramics mid-infrared laser TM2+∶Ⅱ-Ⅵ material spectral property sintering technology
北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
设计和研制了1645 nm Er∶YAG单频脉冲激光器系统,采用注入种子技术和对称泵浦的双Er∶YAG陶瓷结构,当脉冲重复频率为200 Hz时,获得了最大平均脉冲能量为22.75 mJ、脉冲宽度为223.1 ns的单频调Q脉冲激光输出,x和y方向上的光束质量因子分别为1.16和1.15,0.5 h内单频脉冲的中心频率稳定性为578 kHz,激光脉冲输出能量的不稳定性小于0.5%。
激光器 全固态激光器 注入锁定 大能量 单频 激光陶瓷
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 中国科学院大学,材料与光电中心, 北京 100049
波段为2~5 μm的中红外激光在**、医疗、通信等方面有着特殊的重要应用, 而直接产生中红外激光的增益介质主要包括气体激光介质、半导体、稀土离子或者过渡金属离子掺杂的化合物。本文首先介绍应用于中红外波段的发光离子(包括Tm3+, Ho3+, Er3+等稀土离子和Cr2+, Fe2+等过渡金属离子)光谱特性, 然后重点介绍氧化物(包括石榴石和倍半氧化物)和II-VI族化合物(主要是ZnS/ZnSe)两大类中红外激光陶瓷材料的制备与激光性能。最后, 对这两大类中红外激光陶瓷中存在的问题进行了分析, 并对其发展方向进行了展望。
激光陶瓷 发光离子 中红外激光 光谱特性 研究进展 laser ceramics luminescent ion mid-infrared laser spectral property research progress
1 厦门大学电子科学与技术学院, 福建 厦门 361005
2 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院纤维集成光学教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
本文总结了YAG陶瓷激光器和倍半氧化物陶瓷激光器在高功率激光、超快激光以及中红外激光领域中的研究成果。通过回顾陶瓷激光器的研究进展,不仅揭示了激光陶瓷材料在固体激光器中的应用价值,还探讨了陶瓷激光器目前所面临的问题。最后对陶瓷激光器的未来发展方向做出展望。
材料 陶瓷激光器 激光 激光陶瓷材料 固体激光器 激光与光电子学进展
2020, 57(7): 071610
江苏师范大学物理与电子工程学院, 江苏 徐州 221116
具有低声子能量，高热导率的立方晶系倍半氧化物陶瓷是一种有潜力的铥掺杂激光材料，其常规3F4→3H6跃迁发射谱线可拓展至2.1 μm波段。综述了Tm∶Sc2O3、Tm∶Y2O3、Tm∶Lu2O3陶瓷的光谱参数和激光性能的研究进展，并指出复合结构及混晶型陶瓷是掺铥倍半氧化物陶瓷激光的未来发展方向。
激光器 掺铥固体激光器 2 μm波段 倍半氧化物 激光陶瓷 激光与光电子学进展
2019, 56(9): 090001
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 200050
未来二极管抽运固体激光器的重要发展方向是实现“三高”,即高功率、高效率和高光束质量的激光输出,而热效应将严重影响固体激光器的激光性能。作为极具发展前景的增益介质材料,激光陶瓷具有连续激光输出能力强、热导率高、可以高浓度掺杂等优点,并且容易实现大尺寸、批量化以及复合结构样品制备,而复合结构的增益介质可以有效改善固体激光器的热效应。其中,通过在激光陶瓷中制备光波导结构,可以高效散热、提高抽运效率,获得紧凑且具有高增益的激光系统,该类激光陶瓷有望解决“三高”固体激光器的核心问题。对光波导激光陶瓷的研究进展及其设计原理、制备方法和材料性能做了综述和介绍,最后对光波导激光陶瓷未来的研究做了展望和分析。
材料 固体激光器 光波导结构 激光陶瓷 研究进展 展望 激光与光电子学进展
2018, 55(3): 030001
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院研究生院, 北京 100088
4 中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海 200050
5 江苏师范大学物理与电子工程学院, 江苏 徐州 221116
理论设计了二极管端面抽运Nd:YAG复合陶瓷板条, 制作了双浓度掺杂的Nd:YAG复合陶瓷板条。当二极管总抽运功率为18.06 kW时, 通过双程放大提取了7.08 kW的激光功率, 光光转换效率高达39.2%, 单程传输的退偏振约为3.2%。实验结果表明, Nd:YAG复合陶瓷板条对提高板条激光器的输出功率和减小退偏振具有显著的效果。
激光器 激光陶瓷 板条激光器 分段掺杂 储能密度 退偏振
1 中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院强激光材料重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
用电子束蒸发技术在晶体及激光陶瓷两种基底上沉积了氧化铪（HfO2）单层膜，采用掠角X射线衍射（GIXRD）技术和纳米划痕仪对薄膜的晶向结构和力学特性进行了研究。实验结果表明，HfO2薄膜在单晶晶体和多晶陶瓷基底上均呈现多晶态结构，均呈（020）面择优生长，陶瓷基底上薄膜的择优取向更明显。膜基结合较差的晶体-HfO2体系上薄膜的衍射峰较多，膜基结合较好的陶瓷-HfO2体系上薄膜的衍射峰较少。对比两个基底和其上薄膜的X射线衍射(XRD)结果发现，晶体基底的单晶结构与其上薄膜的多晶结构晶态差异较大，导致其膜基间有较大的残余应力，所以其膜基结合力也较差，这种弱结合力导致基底对薄膜的束缚作用较小，其上薄膜具有更多的衍射峰；陶瓷基底的多晶结构与其上薄膜的多晶结构差异较小，导致其上薄膜的择优生长更强，更有效地消除了残余应力，所以陶瓷-HfO2体系的膜基结合力较晶体-HfO2体系好，这种较强的结合力限制了薄膜向更多HfO2晶向的发展，其上薄膜衍射峰较少。
薄膜 晶向结构 结合力 激光陶瓷 晶体
华南师范大学 信息光电子科技学院，广东 广州 510006
3～5 μm 中红外激光处于大气的窗口波段，在光谱学、遥感、医疗、环保及**等诸多领域都有重要的应用价值和前景。因此对该波段激光器的研究是目前国际上的热门课题。简要介绍了3 种产生中红外激光的方法，分别为：基于非线性理论技术、量子级联技术以及晶体掺杂离子技术，并分别指出了它们的发展趋势。
中红外光源 光参量振荡器 量子级联激光器 激光陶瓷 mid-infrared source OPO quantum cascade lasers laser ceramics
