宽光谱稀土掺杂碱土氟化物激光材料的局域结构设计和性能调控
批准号:
51432007
项目类别:
重点项目
资助金额:
352.0 万元
负责人:
梅炳初
依托单位:
学科分类:
E0201.人工晶体与玻璃材料
结题年份:
2019
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
苏良碧、闵新民、宋京红、周卫兵、李威威、刘作冬、姜大朋、王静雅、马凤凯
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中文摘要
全固态超强超短激光技术的发展为人类开展科学研究提供了全新的实验手段与极端的物理条件,是当前非常重要的科学前沿领域之一,这就为具有宽光谱性能的激光材料的发展带来了新的机遇。本项目提出在具有宽光谱性能的稀土离子(Nd3+、Yb3+、Er3+等)掺杂碱土氟化物(CaF2、SrF2、BaF2等)激光材料(单晶和多晶)中,通过掺入非活性离子M+或Me3+(M=Na, K等;Me=Y, Sc, La, Gd等),在微观尺度上有意识地设计和控制稀土离子的局域配位结构,实现材料吸收、发射光谱性能以及激光性能的调控;建立稀土离子晶格局域结构与光谱参数之间相互关系的理论体系,深入地揭示局域结构对光谱与激光性能的影响规律与机理,在一定范围内实现根据激光性能的要求进行激光材料的结构设计。在此基础上,研制出可用于全固态超强超短前沿激光技术和满足国家战略需求的激光材料。
英文摘要
All-solid-state ultra-intense and ultra-short laser has been one of the most important science frontier fields, which provide us the new experimental means and extreme physical conditions in the fundamental science research. In this project, we hope to realize the controlled spectra properties and laser performances in the rare-earth ions (Nd3+, Yb3+, Er3+, etc.) doped alkaline-earth fluoride single crystals or polycrystalline materials(CaF2, SrF2, and BaF2), which usually have very broadband absorption and emission bands. Codoping non-active monovalent alkaline metal ions (Na+ or K+) or trivalent rare-earth ions (Y, Sc, La, Gd, etc.) will be used to modulate the local coordination structure of active ions in alkaline-earth fluoride. Then, the spectra properties and laser performance of the laser materials will be controllable. The experimental and theoretical system on the relationship between the local micro-structure and performances will be established, in order to discover the influence of local micro-structure on the spectra properties and laser performances of the laser materials, including single crystals and polycrystalline materials. Then, we can design the components and structure of laser materials to meet with the key requirements of lasers in the certain scope. Finally, new laser materials can be developed for the application in the international frontier all-solid-state ultra-intense and ultra-short laser technology and the country's strategic laser engineering.
超强超短激光技术的发展为人类开展科学研究提供了全新的实验手段与极端的物理条件,是当前非常重要的科学前沿领域之一。而具有宽带发射光谱特性的激光材料是发展超强超短激光器的核心和基础,具有里程碑的意义和作用。与氧化物相比,碱土氟化物 AeF 2 (Ae: Ca、Sr等)具有很多独特的优势:(1)非常宽的透射范围,可以从深紫外一直到中红外;(2)较低的折射率和非线性系数,可以降低高强度激光泵浦作用下的非线性效应; (3)较低的声子能量,有利于提高荧光量子效率;(4)具有负的折射率温度系数(即热光系数),在高能量密度下有利于获得高质量的激光光束等。而且,稀土离子掺杂的碱土氟化物Re 3+ :AeF 2 (Re:Nd、Yb、Er 等)一个显著的特点是具有多重局域配位结构,具有类似于玻璃的宽光谱特性。然而,在稀土离子掺杂碱土氟化物中,由于电荷不平衡(Re 3+ 取代 Ae 2+ )引起的多格位结构,是自发形成的,即不受控制的,所形成的激光材料的光谱性能(包括发光波长、发射截面、荧光寿命等)并不能完全满足激光器的需求。因此,本项目提出在稀土离子掺杂碱土氟化物激光材料(透明陶瓷和晶体)中,通过掺入光学惰性性离子M+或Me3+(M=Na, K等;Me=Y, Sc, La, Gd等),在微观尺度上有意识地设计和控制稀土离子的局域配位结构,实现材料吸收、发射光谱性能以及激光性能的调控。通过五年的研究,实现了稀土掺杂氟化物纳米粉体的可控合成;弄清了稀土掺杂氟化物系列透明陶瓷制备及晶体生长过程控制规律,并制备出了高光学质量的透明陶瓷和晶体;通过多种光学惰性离子共掺弄清了其调控光谱性能的规律,并从理论上探索出了调控光谱特性的本质主要是改变局域配位结构;在透明陶瓷与晶体中均实现了高效近红外激光输出。为研究开发满足重大战略需求的激光材料奠定了较好基础。
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
Enhanced photoluminescence and initial red laser operation in Pr:CaF2 crystal via co-doping Gd3+ ions
通过共掺杂 Gd3 离子增强 Pr:CaF2 晶体的光致发光和初始红色激光操作
DOI:10.1016/j.matlet.2017.07.019
发表时间:2017-11
期刊:Materials Letters
影响因子:3
作者:Hao Yu;Dapeng Jiang;Fei Tang;Liangbi Su;Saiyu Luo;Xigun Yan;Bin Xu;Zhiping Cai;Jingya Wang;Qiangwen Ju;Jun Xu
通讯作者:Jun Xu
Synthesis and luminescence characterization of Pr3+, Gd3+ co-doped SrF2 transparent ceramics
Pr3、Gd3共掺杂SrF2透明陶瓷的合成及发光表征
DOI:10.1111/jace.16728
发表时间:2019
期刊:Journal of the American Ceramic Society
影响因子:3.9
作者:Guoqiang Yi;Bingchu Mei;Weiwei Li;Jinghong Song;Zuodong Liu;Zhiwei Zhou;Liangbi Su
通讯作者:Liangbi Su
Effect of erbium concentration on spectroscopic properties and 2.79 mu m laser performance of Er:CaF2 crystals
铒浓度对Er:CaF2晶体光谱性质和2.79μm激光性能的影响
DOI:--
发表时间:2016
期刊:Optical Materials Express
影响因子:2.8
作者:Weiwei Ma;Liangbi Su;Xiaodong Xu;Jingya Wang;Dapeng Jiang;Lihe Zheng;Xiuwei Fan;Chun Li;Jie Liu;Jun Xu
通讯作者:Jun Xu
Single-walled carbon nanotube saturable absorber for a diode-pumped passively mode-locked Nd,Y:SrF2 laser
用于二极管泵浦被动锁模 Nd,Y:SrF2 激光器的单壁碳纳米管可饱和吸收体
DOI:10.1016/j.optcom.2016.04.012
发表时间:2016-08
期刊:Optics Communications
影响因子:2.4
作者:Chun Li;Wei Cai;Jie Liu;Liangbi Su;Dapeng Jiang;Fengkai Ma;Qian Zhang;Jun Xu;Yonggang Wang
通讯作者:Yonggang Wang
Influence of sintering conditions on the microstructure and optical properties of Eu: CaF2 transparent ceramic
烧结条件对Eu:CaF2透明陶瓷显微结构和光学性能的影响
DOI:10.1016/j.materresbull.2017.07.028
发表时间:2017-11
期刊:Materials Research Bulletin
影响因子:5.4
作者:Feng Xiong;Jinghong Song;Weiwei Li;Bingchu Mei;Liangbi Su
通讯作者:Liangbi Su
硫掺杂碘氧化铋薄膜外延制备及光电性能调控
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:54万元
- 批准年份:2022
- 负责人:梅炳初
- 依托单位:
钕掺杂氟磷酸锶透明陶瓷的微结构控制、透明化制备与光谱性能研究
- 批准号:51972245
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万元
- 批准年份:2019
- 负责人:梅炳初
- 依托单位:
Er3+:CaF2多晶透明陶瓷的制备与性能研究
- 批准号:51072144
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:37.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:梅炳初
- 依托单位:
Ti-Al-N系三元层状化合物的反应合成与相形成机理
- 批准号:20771088
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:25.0万元
- 批准年份:2007
- 负责人:梅炳初
- 依托单位:
Ti-Al-C系陶瓷/TiB2复合材料的制备与界面控制
- 批准号:50572080
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:25.0万元
- 批准年份:2005
- 负责人:梅炳初
- 依托单位:
Ti2Alc系陶瓷--金属复合材料的结构形成及机理研究
- 批准号:50172037
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:22.0万元
- 批准年份:2001
- 负责人:梅炳初
- 依托单位:
国内基金
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