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掺稀土离子Yb:CaF2激光晶体光谱调控技术研究

批准号:
U1830104
项目类别:
联合基金项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
郑丽和
学科分类:
NSFC-中物院联合基金
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
郑建刚、李敏、钱小波、刘荣荣、吴庆辉、马凤凯、邹峥挺、李晓辉

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
面向二极管(LD)直接泵浦的超高峰值功率、大能量激光系统的发展要求,Yb3+离子是激光增益介质首选的激活离子。Yb:CaF2晶体具有尺寸大(最大尺寸超过φ440mm)、热导率高(9.7W/mK)、非线性折射率低(0.43×10^-13esu,小于磷酸盐玻璃的1/2)等综合性能优异,是目前最有应用前景的重频超高功率激光增益介质之一。但存在:1)吸收和发射截面偏小导致增益系数低;2)发射光谱尽管半高宽(FWHM)大,但光谱包络上仍存在多峰结构等缺点。本项目提出激活离子团簇结构和基质格位结构双无序的研究思路,拟通过碱土离子Sr2+和稀土离子(Sc3+、Y3+、La3+、Gd3+、Lu3+等)共掺的局域结构设计,调控其光谱特性,获得高的发射截面和平滑的宽带发射光谱。并制备出高光学质量的掺稀土离子Yb:CaF2激光晶体,实现在高功率、大能量激光领域的应用验证。
英文摘要
Ytterbium ions doped laser crystal is of the first priority for direct diode laser pumped high power and high energy laser system. Yb:CaF2 crystal is a promising candidate for high repetition rate and high power laser system due to the advantages of obtainable large-sized crystal aperture (φ 440 mm) , high thermal conductivity (9.7 W/mK) and non-linear refractive index (0.43×10^-13 esu, 1/2 of that in phosphate glass). However, Yb:CaF2 crystal has the drawbacks of (1) low absorption and emission cross section leading to low gain cross section; (2) multi-peaks emission spectra although the full-width bandwidth (FWHM) of the emission spectra is large. This project will emphasize on the adjustable spectra from RE3+,Yb3+: Ca1-xSrxF2 (RE3+=Sc3+、Y3+、La3+、Gd3+、Lu3+) following the double-disordered structure from activation ions cluster and asymmetric host crystallographic sites. By designing and adjusting the local crystallographic sites of Yb3+ ions from large-sized and high quality RE3+,Yb3+: Ca1-xSrxF2 (RE3+=Sc3+、Y3+、La3+、Gd3+、Lu3+) crystal, it is highly expected to obtain smooth wide emission spectra with enhanced gain cross section for high power and high energy laser application.
本研究按照原定计划进行探索,发展了一类具有宽光谱、高增益的新型稀土离子掺杂碱土金属氟化物激光晶体。采用改进温梯法制备得到3%Yb:CaF2-SrF2晶体,直径为70mm,透明无裂纹。通过Yb3+离子与稀土离子(如Y3+、Gd3+、La3+)共掺、Yb3+离子与碱金属离子(如Na+)共掺,研究了具有立方结构的碱土金属CaF2-SrF2、CaF2、SrF2晶体的晶体参数、热学与光学参数;通过调控局域结构与光谱特性,获得宽光谱、高增益激光晶体。采用激发波长980nm,15%Yb,20%Na:CaF2-SrF2晶体在1010nm处发射截面为6.52×10^-20cm^2、1036nm处发射截面为4.11×10^-20cm^2,发射光谱半高宽为70.3nm。形成技术总结报告1份。发表带项目编号标注学术论文8篇,其中SCI论文5 篇。申请发明专利4项,其中1项授权。本项研究为开拓新型高能量固体激光增益介质提供了支撑数据。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2019.06.001
发表时间: 2019
期刊: 量子电子学报
影响因子: --
作者: [荆玉峰, 郑建刚, 肖凯博, 严雄伟, 蒋新颖]
通讯作者: 蒋新颖
DOI: 10.3788/irla20210004
发表时间: 2021
期刊: 红外与激光工程
影响因子:
作者: [吴绍华, 黄攀, 赵劲松, 赵跃进, 郑丽和, 董汝昆]
通讯作者: 董汝昆
DOI: 10.3390/cryst11080907
发表时间: 2021
期刊: crystals
影响因子:
作者: [Lihe Zheng, Jianbin Zhao, Yangxiao Wang, Weichao Chen, Fangfang Ruan, Hui Lin, Yanyan Xue, Jian Liu, Yang Liu, Ruiqin Yang, Haifeng Lu, Xiaodong Xu, Liangbi Su]
通讯作者: Liangbi Su
Mid-IR Optical Property of Dy:CaF2-SrF2 Crystal Fabricated by Multicrucible Temperature Gradient Technology
多坩埚温度梯度技术制备Dy:CaF2-SrF2晶体的中红外光学特性
DOI: 10.3390/cryst11080907
发表时间: 2021-07
期刊: crystals
影响因子: 2.7
作者: [Lihe Zheng, Jianbin Zhao, Yangxiao Wang, Weichao Chen, Fangfang Ruan, Hui Lin, Yanyan Xue, Jian Liu, Yang Liu, Ruiqin Yang, Haifeng Lu, Xiaodong Xu, Liangbi Su]
通讯作者: Liangbi Su
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