一、研制超高功率激光系统所需的优质大尺寸钛宝石晶体(Ti~(3+)∶Al_2O_3)（论文文献综述）
王新宇[1]（2021）在《稀土掺杂氟化钇钡激光晶体生长及性能研究》文中研究说明稀土掺杂氟化物晶体由于其低声子能量和优异的发光性能,广泛地应用于通讯、遥感、测距等领域,自发现以来,一直是激光晶体材料的研究热点之一。通过这些晶体材料获得典型的波段输出,如2.0μm、2.9μm等,具有更广泛、更重要的应用。目前常用的晶体生长方法主要有提拉法（Cz）、下降法（B-S法）和温度梯度法（TGT）等,对于结构对称性低、性能优异的晶体,获得尺寸大、质量高、具有多波段发射的稀土掺杂氟化物晶体则具有重要的意义。本文利用Ho3+离子丰富的能级结构以及在红外波长范围具有多波段发射的潜力,再引入敏化离子和退敏化离子来调节晶体发射波长,优化光学性能。一方面,研究晶体生长参数、晶体结构和晶体密度等性能;另一方面,系统地研究不同离子掺杂晶体的物相结构、光谱参数以预测晶体的激光性能,具体的工作包括以下几点:1)采用共沉淀法和气氛烧结炉等设备成功制备了高纯度Re,Ho:BaY2F8晶体生长料,最佳烧结温度为650℃,烧结时间为2.5 h。结合界面理论,相变驱动力理论和固液界面形状的理论分析,优化了下降炉温场的温度梯度参数以及晶体生长参数。利用自主设计的坩埚下降炉成功培育了氟化钇钡籽晶,并以0.2-0.5 mm/h的坩埚下降速度制备了不同系列的Re,Ho:BaY2F8晶体。2)基于889 nm激光源与Ho3+离子5I5能级相匹配的特点,直接泵浦3.9μm（5I5→5I6）辐射跃迁的上能级,分别获得了2.0μm和3.9μm有效光输出。这一方案避免了光参量激光系统的复杂性,降低泵浦源的能量损耗。3.9μm波长的发射截面经计算为7.759×10-20 cm2,吸收截面为3.563×10-20 cm2。并且通过自搭建的激光测试系统,获得了3.9μm的有效激光输出,最高能量输出为5.6 m J。3)虽然Ho:BaY2F8晶体在2.0μm附近获得了光输出,但泵浦能量优先用于3.9μm发射,导致Ho:BaY2F8晶体在2.0μm波段的光谱参数并不高。针对这一点,引入了敏化剂Yb3+离子来提高晶体对泵浦源能量的吸收,以改善Ho3+离子在2.0μm波段的光谱性能。依据吸收光谱的结果采用980 nm激光源泵浦晶体,并研究了Ho,Yb:BaY2F8晶体在1.2μm和2.0μm处的红外辐射特性和荧光衰减曲线。通过Yb3+离子的敏化作用,显着增强了Ho3+离子对应2.0μm辐射的上能级,即5I7能级。结合光谱和能级寿命数据详细计算了Ho,Yb:BaY2F8晶体包括吸收与发射截面、增益截面等光谱参数,证实了Ho,Yb:BaY2F8晶体在2.0μm波段优异的光学性能。4)Ho:BaY2F8和Ho,Yb:BaY2F8晶体均通过增强辐射跃迁上能级来实现光输出,但很难找到有效的光源或敏化剂用于实现Ho3+离子在2.9μm（5I6→5I7）波段发射。基于激光四能级结构的特点与优势,通过引入退敏化剂Pr3+离子来削弱Ho3+:5I7能级,从而实现5I6→5I7辐射跃迁的粒子数反转。采用坩埚下降法,成功制备了1%Ho,%Pr:BaY2F8（=0,0.2,0.5,0.8,1.2）晶体,发射光谱的结果表明了掺杂Pr3+离子减弱了晶体在2.0μm处的发射峰强度,并增强了晶体在2.9μm处的发射峰强度。随着Pr3+离子的掺杂浓度增加,Ho3+离子的5I7能级寿命从2.03 ms降低到0.23 ms,从而促进了Ho3+离子在2.9μm处粒子数反转。通过计算增益截面得到2.9μm的粒子反转百分比为36.8%。对于Ho,Pr:BaY2F8晶体,从Ho:5I7能级到Pr:3F2能级的能量转移效率经计算为88.7%。这一理念可以推广到更多难以实现粒子数反转的辐射跃迁中,以研究不同稀土离子在更多波段的激光输出。5)为更好的开发Ho3+离子在2.0μm波段的发射潜力,通过引入Nd3+离子来进一步优化2.0μm波段的光谱参数。这一方案避免了Yb3+离子敏化方案中泵浦能量用于上转换发射的情况,提高了红外波段发射的效率。采用坩埚下降方法生长并研究了1%Ho,%Nd:BaY2F8晶体的性能（=1,1.5,2,2.5,3）。对X射线衍射数据分析表明,Ho,Nd:BaY2F8晶体属单斜晶相,空间群为C2/m。通过分析荧光光谱,获得了1.3μm和2.0μm的红外波段发射,表明Nd3+离子是有效的敏化剂,能量传递效率最高达73.7%。结合Ho,Nd:BaY2F8晶体在2.0μm的辐射光谱以及2.0μm的荧光寿命,计算了晶体的光谱参数,其中最强发射截面高达11.52×10-20 cm2,这要比Yb3+离子作为敏化剂在2.0μm处获得的发射截面高出一个数量级,这对于获得高效的2.0μm激光输出具有非常重要的意义。
关晨[2]（2021）在《翠绿宝石全固态激光器研究》文中进行了进一步梳理近红外波段700～800nm宽带可调谐激光光源在医疗、雷达、显微等领域都有着广泛的应用。翠绿宝石晶体的发射波长调谐范围为701～858 nm,是一种在700～800 nm近红外波段性能优良的宽带可调谐激光增益介质和激光放大介质,具有荧光寿命长、饱和能量密度高、吸收带宽宽以及热机械性能优良等特点;同时通过单次倍频即可获得350～400 nm波段紫外激光,能极大拓展小型的翠绿宝石固体激光器在军事等领域的应用。除传统的闪光灯外,翠绿宝石晶体还可以使用蓝光激光二极管（Laser Diode,LD）、红光LD、绿光激光器、黄光激光器等多种可见光光源进行泵浦。随着高功率红光LD技术的成熟及其商业化应用,利用638 nm红光LD泵浦的翠绿宝石激光器逐渐成为全固态激光领域的研究热点。另外,590 nm黄光激光器作为翠绿宝石晶体的泵浦源,其波长恰好处于翠绿宝石晶体b轴吸收谱线峰值处,具有最大的吸收系数,而且590 nm黄光激光器亮度高,更容易获得具有低阈值、高功率的翠绿宝石激光输出。因此,基于红光LD和黄光激光器泵浦的全固态翠绿宝石激光器研究,具有重要的科学意义。1.4μm波段激光器作为人眼安全波段激光器的重要成员,在激光医疗、测距等领域都有巨大的应用价值。另外,1.4 μm波段激光器通过单次倍频可以得到0.7μm的激光,是获得700～800 nm近红外波段激光输出的有效方法之一。目前,研究者们通常使用具有优良物理和化学特性的掺Nd3+离子激光晶体充当激光增益介质来获得1.4 μm激光输出,如Nd:YAG、Nd:YAG陶瓷等。因此,作为新型晶体的Nd:LuAG混晶在1.4 μm人眼安全波段的研究具有重大意义。本论文主要基于翠绿宝石激光增益介质,首先对其晶体特性进行了详细的研究,然后分别使用高亮度光纤耦合输出红光LD、高功率光纤耦合输出红光LD、基于掺Yb光纤激光器的拉曼倍频589 nm高亮度黄光激光器以及589 nm全固态高亮度黄光激光器作为泵浦源,系统开展了对翠绿宝石激光器的温度调谐特性、波长调谐特性以及调Q激光特性等方面的研究,旨在实现高性能的翠绿宝石全固态激光输出。另外,基于Nd:LuAG新型混晶,开展了 LD端面泵浦的、输出激光中心波长为1442.6 nm的连续光与被动调Q脉冲光输出特性研究。本文具体研究内容如下:1.基于8 W高亮度光纤耦合输出红光LD,开展了翠绿宝石激光器的温度调谐特性研究。在短腔翠绿宝石激光器中,水平偏振吸收泵浦功率为4.55 W时,实现了最大输出功率1.11 W、斜效率为37.7%的连续翠绿宝石激光输出;并通过调谐翠绿宝石晶体的温度,可以成功实现对输出激光的中心波长调谐,当使用R=99%反射率的输出镜,晶体温度从7℃变化到70℃时,对应的激光波长调谐变化范围为753.98～773.4 nm。2.基于8 W高亮度光纤耦合输出红光LD,开展了翠绿宝石激光器的自调Q激光特性研究。采用短腔和W型两种谐振腔结构,通过对谐振腔进行仔细调节,均实现了稳定的自调Q激光输出;在短腔结构中,获得了脉冲宽度约为409 ns、重复频率约为182.6 kHz、平均输出功率约为657 mW的自调Q激光;在W型结构中,实现的自调Q脉冲宽度约为4.36 μs,重复频率约为12.17kHz,输出平均功率约为560 mW。3.基于8 W高亮度光纤耦合输出红光LD,开展了翠绿宝石激光器的波长调谐特性研究。采用Ⅴ型谐振腔,利用厚度为0.5 mm的双折射滤光片（Birefringent Filter,BRF）作为调谐元件,在20℃和60℃两种晶体温度下,分别实现了波长可调谐范围为 721.9～786.5 nm（64.6 nm）和 731.8～797.6 nm（65.8 nm）的翠绿宝石激光输出。在普克尔盒电光调Q翠绿宝石激光特性研究中,使用厚度比为1:2:4的三片组合式BRF作为起偏器,实现了窄线宽、波长调谐范围为735.2～787.9 nm的电光调Q激光输出;使用偏振片（Beam Polarizer,BP）和厚度为6 mm的BRF作为起偏器,通过精细调节,首次实现了基于翠绿宝石晶体的双波长电光调Q激光输出,对应的波长分别为744.4 nm&767.4 nm和 751.1 nm&761.8 nm。4.基于单台40 W高功率光纤耦合输出红光LD,开展了高功率红光LD单端泵浦的翠绿宝石连续激光特性研究。在最大水平偏振吸收泵浦功率25 W下,获得了最大输出功率为6.4 W的翠绿宝石连续激光输出。基于两台40 W高功率光纤耦合输出红光LD,开展了高功率红光LD双端泵浦的翠绿宝石激光特性研究。采用对称U型谐振腔结构,在最大水平偏振吸收泵浦功率50 W下,获得了平均输出功率为10.5 W的760 nm可见光波段激光输出,光光转换效率为20%,这是目前国内利用红光LD泵浦翠绿宝石晶体实现的最高输出功率。5.基于单台40 W高功率光纤耦合输出红光LD,利用普克尔盒电光调Q技术,开展了高功率翠绿宝石激光器的波长可调谐及单波长电光调Q、腔倒空调Q激光特性研究。当使用厚度比为1:2:4的三片组合式BRF时,实现了窄线宽、波长调谐范围为728.32～793.27 nm的电光调Q激光输出,其中,当电光调Q的重复频率设置为10 kHz,谐振腔工作在特殊波长755 nm和744 nm下,最终可实现的最大调Q平均输出功率分别为1160 mW和610 mW,脉冲宽度为961 ns和962 ns;当使用偏振片BP作为起偏器时,在重复频率10 kHz下,实现了中心波长为767.12 nm、输出功率600 mW、最短脉冲宽度919 ns的电光调Q激光输出;同时,基于偏振片BP,实现了脉冲宽度为10.2 ns、输出功率为167 mW的腔倒空调Q短脉冲激光输出。6.基于单台40 W高功率光纤耦合输出红光LD,开展了基于SESAM的翠绿宝石被动调Q激光输出特性研究。采用长度为1.54 m的W型谐振腔,在泵浦功率为24 W下,实现了最大平均输出功率为1004 mW、重复频率为33 kHz、脉冲宽度为5.87 μs的750 nm被动调Q激光输出,为国际上首次实现基于SESAM的瓦量级翠绿宝石被动调Q激光输出。7.基于单台掺Yb光纤激光器的拉曼倍频589 nm高亮度黄光激光器作为泵浦源,开展了翠绿宝石的高效率单波长、可调谐波长激光特性研究。在短腔结构中,589 nm最大泵浦功率7.7 W下,实现了最高输出功率为2.51 W、斜效率高达41%的翠绿宝石连续激光输出,这是首次利用589 nm黄光激光器作为泵浦源实现翠绿宝石激光输出。在V型腔中,利用1 mm厚度的BRF,实现了727.2～787.3 nm的连续波长调谐范围;同时,利用6 mm厚度的BRF实现了最大输出功率为1.8 W、输出波长为755.2 nm&764.2 nm的双波长激光输出。基于单台589 nm全固态高亮度黄光激光器作为泵浦源,首次开展了黄光激光器泵浦的翠绿宝石电光调Q激光输出特性研究。在X型腔中,使用偏振片BP作为起偏器,在最大泵浦功率为3.4 W,电光调Q的重复频率设置为10 kHz时,可以实现最短脉冲宽度为721 ns、输出功率为176 mW的763.04 nm电光调Q激光输出。8.基于Nd:LuAG新型混晶,开展了 LD端面泵浦的、输出激光中心波长为1442.6 nm的连续光与被动调Q脉冲光输出特性研究。当工作在连续激光状态时,泵浦吸收功率为11.1 W下,可获得的最大平均输出功率和对应的光光转换效率分别为1.83 W和16.5%。利用V3+:YAG作为可饱和吸收体,最终实现的被动调Q激光的最短脉冲宽度和单脉冲能量分别为72 ns和24.4 μJ。本文主要创新点如下:1.基于8 W高亮度光纤耦合输出红光LD,在短腔结构中实现了稳定的翠绿宝石激光器自调Q激光输出,获得的平均输出功率约为657 mW、重复频率约为182.6 kHz,脉冲宽度约为409 ns,此脉冲宽度是目前翠绿宝石自调Q激光器公开报道的最短的脉冲宽度。2.基于8 W高亮度光纤耦合输出红光LD,分别使用偏振片BP和厚度为6 mm的BRF作为起偏器时,首次实现了基于翠绿宝石晶体的双波长电光调Q激光输出,对应的波长分别为744.4nm&767.4 nm和751.1 nm&761.8nm。3.基于两台40W高功率光纤耦合输出红光LD,采用对称U型谐振腔结构,实现了功率高达10.5 W的翠绿宝石激光输出,这是目前国内利用红光LD泵浦的翠绿宝石激光器实现的最高输出功率。4.在红光LD泵浦的翠绿宝石电光调Q激光器中,首次使用厚度比为1:2:4的三片组合式BRF作为起偏器实现了线宽较窄、波长调谐范围较宽的电光调Q激光输出。当分别使用8 W高亮度光纤耦合输出红光LD和40 W高功率光纤耦合输出红光LD作为泵浦源时,获得的电光调Q波长调谐范围分别为735.2～787.9 nm 和 728.32～793.27 nm。5.基于单台40W高功率光纤耦合输出红光LD,在国际上首次实现了基于SESAM的瓦量级翠绿宝石被动调Q激光输出,获得的被动调Q激光对应的最大平均输出功率为1004 mW、重复频率为33 kHz。6.首次实现了基于掺Yb光纤激光器的拉曼倍频589 nm高亮度黄光激光器泵浦的翠绿宝石的高效率单波长、双波长以及宽带可调谐波长激光输出。另外,实现了基于单台589 nm全固态高亮度黄光激光器泵浦的翠绿宝石电光调Q激光输出,对应的最大输出功率和最短脉冲宽度分别为176 mW和721 ns。7.首次实现了LD端面泵浦的基于Nd:LuAG新型混晶的1.44μm人眼安全波段连续光与被动调Q脉冲光输出。
尤丽[3]（2021）在《掺铒钇镓石榴石晶体生长及其激光性能研究》文中研究指明激光具有高相干性、高方向性、高单色性和高亮度的特点,经过六十余年的研究与发展,激光器已被广泛应用于国防军事、光纤通信和激光医疗等相关领域。激光器可分为染料激光器、气体激光器、半导体激光器和固体激光器。其中全固态激光器由于其输出波长稳定性好、结构紧凑体积小、工作效率高,在众多种类激光器之中脱颖而出。作为全固态激光器的核心材料,激光增益介质的性能对激光器的发展起着至关重要的作用。研制光学质量好、损伤阈值高、激光转化效率高、热学性能优异的激光增益介质是提升固体激光器性能最主要的方法之一。石榴石结构的氧化物晶体具有非常宽的透过光谱,且具有优异的机械性能、热学性质和光学性质。早在20世纪60年代,以Y3Al5O12（YAG）（钇铝石榴石）为代表的石榴石结构激光晶体就受到科学家们的广泛关注。至今,多种石榴石结构系列晶体已经作为激光增益介质应用于固体激光器中。1.5～1.6μm近红外激光位于人眼安全波段,同时又处于大气透明窗口,因此在太空科学研究、遥感测距和多普勒测风雷达等领域具有重要的应用价值。3μm波段的中红外激光位于水的强吸收峰附近,在高温下是黑体辐射的主要能量区,因此在激光医疗、激光武器和导弹制导等方面有重要的应用前景。铒离子（Er3+）具有丰富的能级结构,4Ⅰ11/2→4Ⅰ13/2能级之间的电子跃迁可以产生2.7-3 μm波段的激光,4Ⅰ13/2→4Ⅰ15/2能级之间的电子跃迁可以产生1.5-1.7 μm波段的激光。目前掺Er3+离子的激光晶体是用于1.6 μm和3 μm波段固体激光器的主要增益介质。1.6μm波段的激光器采用同带泵浦技术可以实现高功率、高效率的激光输出。但目前仅在光纤激光器领域获得了较高效率的激光输出,1.6 μm固体激光器的激光输出效率还有待进一步提高。3 μm固体激光器如今面临的主要难题是Er3+离子4111/2能级寿命远小于4113/2能级寿命,在激光震荡过程中存在严重的自终止现象;同时以波长为976 nm的半导体激光器做泵浦源激发3 μm波段激光时,会产生高达2/3的量子亏损,出现严重的热效应,从而导致难以获得高功率、高效率的激光输出。在本论文中以能量回收效应为理论基础,探索在3 μm波段激光性能更为优异的基质材料。针对以上问题,选择了声子能量低于YAG晶体且热学性质优良的Y3Ga5O12（YGG）晶体作为激光基质材料;采用光学浮区法生长了高质量的Er:YGG晶体,表征了该晶体的结构和组分;测试了晶体的热学性质和室温下的光学性质;以高浓度掺杂的Er:YGG晶体为激光增益介质实现了高功率、高效率的2.82 μm波长的连续激光输出;以低浓度掺杂的Er:YGG晶体为激光增益介质实现了高效率的1.64μm波长的连续激光输出;并以Co:LaMgAl11O19晶体作为可饱和吸收体实现了 1.64 μm波段的被动调Q激光输出。论文的主要工作内容如下:1.Er:YGG晶体生长本论文中首先分析了利用光浮区法生长Er:YGG晶体的优势,通过对晶体生长工艺参数的优化,成功生长了不同掺杂浓度（0.5、5、10、20和30at.%）、大尺寸（最大尺寸为φ5×35 mm3）、光学质量良好的Er:YGG单晶;并详细分析了影响晶体质量的因素,包括原料的配制、料棒的制备、晶体生长的速度和转速以及枝晶问题,探索出了一套完整的晶体生长工艺。2.Er:YGG晶体性能表征（1）晶体结构和组分测试在晶体结构测试方面,利用X射线粉末衍射仪测试了晶体的XRD图谱。测试结果显示XRD衍射谱线与YGG晶体的标准卡片衍射峰吻合,可知Er:YGG晶体属于Ia3d空间群,m3m点群,并证明了所生长的晶体具有单晶性和高质量性。Er:YGG晶体粉末XRD精修数据表明,Er:YGG晶体的晶胞参数随着Er3+离子掺杂浓度的增大而减小。在组分测试方面,利用X射线荧光光谱法测试了晶体中Er和Y两种元素的有效分凝系数。由测试结果可知在Er:YGG晶体中,Er3+和Y3+离子的有效分凝系数都接近1。说明各元素在晶体生长过程中分布均匀,实际掺杂浓度与预期掺杂浓度基本一致,实现了组分均匀、高质量单晶的生长。（2）晶体热学性能表征在热学性质方面,测试了Er:YGG晶体的热膨胀、密度、比热、热扩散和热导率,并研究了上述性质随温度变化的规律。当晶体掺杂浓度为0.5、5、10、20和30 at.%时,对应的室温热导率分别为9.7、7.73、7.52、7.23和6.80 W/mK。结果表明,随着掺杂离子浓度的增加,热导率随之减小。（3）晶体光学性质表征在吸收光谱方面,测试了 Er:YGG晶体在室温下的吸收光谱。其中高浓度掺杂的Er:YGG晶体（掺杂浓度为5、10、20和30at.%的晶体）在970 nm附近有较宽的吸收范围,半峰宽为19 nm,其较宽的吸收带降低了对泵浦波长稳定性的要求。离子掺杂浓度0.5 at.%的Er:YGG晶体在1466 nm处有较强的吸收峰,半峰宽为29 nm,吸收截面为9.8×10-21 cm2。通过Er:YGG晶体的荧光寿命和室温发射光谱,发现YGG基质晶体的能级寿命对离子浓度变化较为敏感。Er3+离子浓度为30 at.%的Er:YGG晶体比Er:YAG晶体具有更短的下能级寿命和更长的上能级寿命,在3 μm波段激光输出方面具有更大的优势。Er3+离子浓度为0.5 at.%的Er:YGG晶体相比于Er:YAG晶体,具有更长的荧光寿命和更小的发射截面,从而可以看出Er:YGG晶体具有更强的储能能力,因此对被动脉冲激光输出实验具有重要应用价值。3.激光实验（1）以掺杂浓度为5、10、20和30 at.%的Er:YGG晶体为激光增益介质,实现了中心波长2.82 μm的激光输出。其中掺杂浓度为10 at.%的Er:YGG晶体获得了最大的激光输出功率1.38 W和最大的斜效率35.4%,突破了量子极限（976/2820=34.6%）。（2）以掺杂浓度为0.5at.%的Er:YGG晶体作为激光增益介质,获得了 1641 nm和1650nm的双波长连续激光输出,最高输出功率为3.34W,最大斜效率为42.1%。根据吸收和发射截面,计算了 Er3+离子浓度0.5 at.%的Er:YGG晶体的有效增益截面。从增益光谱可以看出,Er:YGG晶体具有较宽的增益范围,当β>0.25时可获得1640 nm到1650 nm之间的正增益波段。（3）以Co:LaMgAl11O19晶体作为Q开关进行了 1.6 μm波段的被动调Q实验。结果表明调Q性能与Co:LaMgAl11O19晶体的厚度和调制深度密切相关。在实验中,使用厚度为1.05 mm的Co:LaMgAl11O19晶体获得了最短脉宽2.27 μs,使用厚度为0.35 mm的Co:LaMgAl11O19晶体在实验中获得了最大脉冲能量15.49μJ和最高峰值功率4.30 W。脉冲激光的中心波长位于1642 nm和1650 nm,相比于连续激光,脉冲激光具有更窄的发射谱线。综上所述,Er:YGG晶体具有优异的热学性质和激光输出性能,是一种极具应用前景的激光增益介质,在1.6 μm和3 μm波段全固态激光器领域中有着巨大的应用潜力。
蒋建旺[4]（2020）在《超宽光谱飞秒激光的产生、放大及载波包络相移控制研究》文中研究说明超短脉冲激光技术作为激光技术的前沿领域,已经逐步发展成为现代科学技术中的基础科学,极大地推动了与之相关的高新技术和交叉学科的快速发展,并在强场物理、生物化学、微纳米尺度三维微结构制备等应用领域取得了一系列重大突破。而在超短脉冲激光技术中,获得高功率超宽光谱飞秒激光、宽谱飞秒激光脉冲放大以及对超宽光谱飞秒脉冲的载波包络相移进行控制是几个重要的研究方向。针对这几个方面,本论文开展了超宽光谱飞秒激光设计与实验研究,宽谱飞秒激光的放大与压缩实验研究,以及载波包络相移控制研究,成为开展高次谐波、阿秒脉冲产生实验的重要驱动光源。论文的主要研究内容和取得的创新性成果如下:1.论文详细介绍了啁啾脉冲放大（chirped-pulse amplification,CPA）系统中的各单元模块,针对振荡器、放大器、压缩器的全局色散管理进行了理论分析和模拟计算。采用光线追迹法对CPA系统中常用的马丁内兹展宽器、平行光栅对压缩器、棱镜对压缩器进行理论推导,获得了精确计算各单元模块引入色散的解析表达式,并分析了常见介质材料的色散特性和不同色散补偿方式的优缺点,为后续顺利开展啁啾脉冲放大实验提供了理论指导和设计基础。2.考虑一些应用对飞秒光源的平均功率有现实需求,开展了高平均功率克尔透镜锁模的飞秒钛宝石激光的实验研究。通过10 W的532 nm连续激光泵浦棱镜对色散补偿的钛宝石振荡器,获得了 2.1 W的高平均功率输出,脉冲重复频率为75.5 MHz,光谱半高全宽为12 nm,测量得到脉冲宽度为96 fs,另外研究了腔内净负色散对输出光谱的影响。3.针对目前报道的倍频程钛宝石振荡器输出功率普遍较低的现状,开展了兆瓦峰值功率倍频程光谱亚10 fs钛宝石振荡器的实验研究,利用特殊设计的双啁啾镜补偿材料色散,并在振荡器两臂插入熔融石英精确平衡两臂的色散,大大增强自相位调制效应,振荡器直接输出覆盖550-1100 nm的倍频程光谱,锁模后的平均功率高达880mW,脉冲重复频率为80 MHz,结合腔外色散补偿技术,测量得到脉宽短至6.6 fs,对应约2.4个光学周期结果。据我们所知,这是迄今为止从倍频程钛宝石振荡器所能获得的最高输出功率。4.自差频0-f法测量载波包络相移频率具有长期稳定好、成本相对低、测量引入的噪声小等优点,但是该方法需要倍频程或者准倍频程光谱的飞秒光源,搭建的难度相当大,为此我们通过设计PPLN晶体的极化周期,开展了基于较窄光谱的高平均功率亚10 fs钛宝石振荡器的载波包络相移频率进行测量和控制实验研究。首先自行搭建了亚10 fs钛宝石振荡器,在4.5 W泵浦功率下,锁模输出平均功率达660 mW,脉冲重复频率为170 MHz,光谱覆盖650-950 nm,测量得到9 fs的脉冲宽度。然后,采用单块PP-MgO:LN晶体自差频的方法测量得到信噪比为44 dB的载波包络相移频率信号,接着将载波包络相移频率信号锁定到20 MHz的参考源上,实现了 90分钟的锁定,在1 Hz到1MHz范围内的积分相位噪声为138 mrad,对应63 as的时间抖动（中心波长790 nm）。5.设计并搭建了环形腔钛宝石再生放大器,在重复频率为1 kHz、16 W的泵浦功率下,再生腔直接输出功率为3.3 W、压缩后的脉宽为31 fs的放大结果。考虑到棒状钛宝石放大中伴随较大的热透镜效应,设计并搭建了新型多通泵浦结构的钛宝石薄片再生放大器,采用啁啾脉冲放大技术,在16 W泵浦功率下,得到1.8 W的放大脉冲输出,经光栅对压缩器压缩后,得到1.45 W的输出功率,压缩效率为80%,测量得到38 fs的脉冲宽度,光束质量M2≈1.1。实验表明薄片钛宝石放大方案有利于提高放大脉冲的光束质量,但是需要对多通泵浦结构和钛宝石晶体的焊接方案进行优化,以获得更高平均功率输出。
董璐璐[5]（2020）在《新型Nd:SrLaAlO4晶体的激光特性测量及在甲烷检测中的应用研究》文中认为自世界第一台红宝石激光器诞生以来,激光器件已在国家安全、前沿科学研究、大气监测、医学治疗及精密工业加工等领域展现出不可替代性。全固态激光器因体积小、稳定性高等特点,在高脉冲能量、高峰值功率品质要求方面成为激光器件研究的重点。不同的激光运转方式对激光增益介质提出的要求不同,如高功率连续波激光器要求增益介质具有较大的发射截面和较高的热导率;调Q激光器要求其具有较长的上能级寿命;超快激光器要求其具备超宽的增益带宽等。因此,探索和研究具备优异物化、机械、光谱等特性的新型激光增益介质的研究工作成为材料和激光技术领域的研究热点之一。本论文以新型Nd:SrLaAlO4晶体为研究对象,通过探索生长工艺,制备出了高质量单晶,全面测量其热学和光谱等物化性质,系统地研究了 Nd:SrLaAlO4晶体连续波、调Q、宽带可调谐及飞秒激光器件特性。在此基础上,利用光参量振荡技术（OPO）,实现了中红外波段可调谐激光输出,并通过搭建气体检测系统,实现了对大气中CH4浓度的高准确度快速检测。取得的研究成果如下:（1）探索晶体生长工艺,制备了高质量Nd:SrLaAlO4单晶,对晶体的热学及偏振光谱特性进行了系统测量与表征。通过对密度、比热、热膨胀和热扩散等系数的测量,计算得到晶体热导率为4.67 W/（m·K）,该数值接近商用Nd:YVO4晶体的热导率;测量了晶体的偏振吸收和发射光谱,并利用J-O理论计算得到其偏振吸收和发射截面,该晶体在1.07μm处其受激发射截面为5.5× 10-20cm2,发射半峰宽约为34 nm。测量结果表明,Nd:SrLaAlO4晶体是一种优异的激光增益介质,适合于波长可调谐和超快激光器件。（2）研究了 Nd:SrLaAlO4晶体的连续波及调Q激光输出特性。在连续波激光运转下,测量得到最大输出功率为3.54 W,光-光转换效率达到46.4%。以Cr4+:YAG晶体作为可饱和吸收体,实现了重复频率48.5 kHz,脉冲宽度12.6 ns的调Q脉冲激光输出;利用液相剥离法制备了新型ReSe2可饱和吸收镜,测量其Raman光谱、AFM微观形貌及非线性可饱和吸收特性,并实现了多层ReSe2可饱和吸收的高重频脉冲激光输出,测量得到最高脉冲重复频率和最短脉冲宽度分别为553 kHz和109 ns,表明二维ReSe2电子-空穴的超快驰豫时间有利于产生高重复频率脉冲激光。（3）系统测量了 Nd:SrLaAlO4晶体可调谐激光的波长调谐范围及输出功率。在输出镜透过率为3%时,获得了 1063-1095 nm的调谐激光输出,调谐范围达到32 nm,最高输出功率为1.49 W。实验结果表明通过双折射滤光片来调节腔内不同纵膜损耗,Nd:SrLaAlO4晶体可以实现稳定的双波长及三波长激光输出,从而在差频产生太赫兹波方面具有很好的应用潜力。（4）研究了 Nd:SrLaAlO4晶体超快激光输出特性。通过合理设计谐振腔结构,优化腔内色散补偿量,成功实现了 Nd:SrLaAlO4晶体飞秒超快激光输出,测量得超短脉冲宽度为458 fs,最大输出功率为520 mW,脉冲重复频率为78.5 MHz。（5）以Nd:SrLaAlO4晶体调Q激光作为泵浦源,搭建了中红外波段激光气体检测系统,成功实现了大气中CH4气体浓度的高准确度、快速检测。测得大气中甲烷的平均浓度为1.90ppm,标准差为0.03 ppm。此外,该中红外波长可调谐激光光源还可以进一步实现对其他气体（CO、CO2等）的浓度检测。
刘岳[6]（2020）在《无序结构Tm，Ho：GAGG和Er，Yb：CGA晶体的生长和性能研究》文中进行了进一步梳理激光是人类历史上非常重要的一项发明。自1960年梅曼发明第一台红宝石激光器以来,激光经历60年的发展,已经在显示、先进工业制造、遥感通讯、医疗探测、军事安全等领域发挥出了不可替代的作用。目前,激光领域的几个前沿发展方向分别为:可见光激光,主要应用于显示和光刻方向;1 μm波段的高功率高能量激光,主要用于工业制造;中远红外波段的激光,主要用于医疗、军事领域;以及LD直接泵浦的超快激光。其中属于中红外波段的2.0μm和3.0 μm激光由于涉及医疗、军事安全等领域,是研究的热点。激光技术的发展离不开激光器的不断升级。如今全固态激光器已经成功产业化,激光晶体作其核心组成部分。因此探究热学、光学性质更加优异的激光晶体对激光的发展无疑具有重大意义。近年来,无序结构晶体得到科研人员越来越多的关注。在无序晶体结构中,两种或两种以上的阳离子会随机占据晶体内部的同一格位,因而产生了晶体场变化差异。此种变化使得激活离子在晶体内部的配位环境是多样的,最终导致晶体产生光谱展宽现象。从“宏观”层面上来看,无序离子的浓度比例是满足统计学规律的。这种具有无序性特点的晶体,能够同时结合玻璃宽光谱、长荧光寿命的优点和晶体优异热学性能的优势,在激光领域具有独特的应用价值。本论文以激光的前沿研究方向即属于中红外波段的2.0μm和3.0μm激光为出发点,以稀土离子掺杂的无序结构激光晶体为研究对象,用提拉法分别生长了两种不同结构的无序晶体,即:具有石榴石结构Ho3+、Tm3+双掺的GAGG晶体和具有K2NiF4结构的Er3+、Yb3+双掺的CGA晶体。针对Tm,Ho:GAGG晶体,主要表征了其热学和光谱性质,并进行了 2.0μm波段的连续激光输出测试。针对Er,Yb:CGA晶体,测试了其在3.0 μm波段的光谱性能。上述实验为两种稀土离子掺杂的无序结构晶体在中红外波段激光领域实际应用的可能性提供了数据支撑和参考。具体内容包括以下五章:第一章主要综述了目前激光晶体的发展趋势,2.0μm、3.0μm波段和无序结构激光晶体的研究进展,并介绍了一种晶体生长方法即提拉法。最后基于上述总结,提出了本文的选题意义、目的和主要研究内容。第二章主要介绍了提拉法生长Tm,Ho:GAGG晶体的实验流程。包括多晶料的合成和晶体生长工艺,讨论了影响晶体生长的因素。对于生长气氛,在50%Ar和50%CO2充分混合的气体下,Ga2O3原料的挥发可以被有效抑制。此气氛还能使铱金坩埚不被氧化腐蚀。最终使用合适的生长工艺,采用<111>晶向的YAG晶体为籽晶棒,成功生长出了尺寸为Φ 26×40 mm3的Tm,Ho:GAGG晶体。XRD测试发现实验生长的Tm,Ho:GAGG晶体图谱与标准XRD图谱一致,说明生长的晶体为纯相单晶。XRF测试表明晶体中Tm3+的掺杂浓度为5.2 at.%,Ho3+的掺杂浓度为1.8 at.%。通过公式计算得到Tm3+、Ho3+在晶体中的有效分凝系数分别为0.85、0.88,说明掺杂离子在晶体中分布较为均匀。通过高分辨X射线衍射测试得到Tm,Ho:GAGG晶体（111）面的摇摆曲线平滑对称无劈裂,半峰宽为31”,说明生长的晶体质量良好。第三章我们测试了 Tm,Ho:GAGG晶体的热学和光谱性质,对该晶体进行了连续激光输出实验。通过测试可知,该晶体的平均密度为6.66 g/cm3。室温下晶体的比热数值为0.759 J·g-1·K-1,并且随温度升高,其数值呈现增长的趋势。当温度达到300℃时,晶体的比热数值为0.956 J·g-1·K-1。室温下Tm,Ho:GAGG晶体的热扩散系数为3.123 mm2/s,温度升高热扩散系数会降低。晶体的平均热膨胀系数为6.089×10-6 K-1。计算得到的室温下晶体的热导率为8.532W·m-1·K-1,随着温度上升而逐渐降低。我们对Tm,Ho:GAGG晶体进行了光谱性质的测试。该晶体吸收光谱两个主吸收峰在682 nm和784 nm处,半峰宽为5 nm和26 nm。该晶体的荧光光谱最强峰在2080 nm处,半峰宽为68 nm。此处的荧光寿命为10.67 ms。Tm,Ho:GAGG晶体的吸收和发射峰半峰宽以及荧光寿命均优于Tm,Ho:GGG晶体。这意味着相比于GGG晶体,GAGG晶体由于其无序结构更适合进行Tm3+和Ho3+掺杂,掺杂后更适合匹配LD泵浦。Tm,Ho:GAGG晶体在热学性质方面与目前商品化的掺杂同类稀土离子的YAG、YLF、YV04晶体相比,表现出了较优异的综合性能。在光谱性质方面,Tm,Ho:GAGG晶体与目前常见报道的Tm,Ho:LuAG、Tm,Ho:LuLF、Tm,Ho:YLF晶体相比同样显示出了优秀的综合性能。显示Tm,Ho:GAGG晶体在2.0 μm激光领域是一种具有潜在应用价值的激光晶体。Tm,Ho:GAGG晶体的连续激光测试表明:在787 nm泵浦光激发下,随着晶体吸收泵浦功率增加,其输出功率大致呈线性增加趋势。当晶体样品吸收的泵浦功率达到2.91W时,晶体输出的激光功率最大,为218mW。通过对吸收功率和输出功率数据点进行线性拟合,得出斜效率为9.2%。可以看出晶体的激光输出功率和效率仍有待提高,原因可能是晶体未镀膜、样品长度较短、Tm3+掺杂浓度较低、激光谐振腔结构有待进一步改进等。这也是我们下一步有待开展研究的内容。第四章介绍了使用提拉法生长Er,Yb;CGA晶体的流程。通过优化工艺参数和生长气氛,成功得到了 Φ 26×40 mm3的Er,Yb:CGA晶体。通过XRF测试得到了 Yb3+的掺杂浓度为0.95 at.%,Er3+的掺杂浓度为18.74 at.%。计算得到Er3+的有效分凝系数为0.62,说明提拉法生长Er,Yb;CGA晶体时,有部分Er3+在固相界面处聚集,晶体后半部分的Er3+浓度要高于前半部分。c向Er,Yb:CGA晶体的吸收光谱表明其在967nm处附近有着较强的吸收带宽,是由Er3+ 在967 nm处的吸收峰和Yb3+在981 nm处的吸收峰相叠加导致的。这也说明了该晶体能够很好地匹配已经商用化的InGaAs半导体二极管泵浦,为该晶体面向实际应用打下了良好的基础。c向Er,Yb:CGA晶体的最强荧光峰出现在2730 nm处,半峰宽141 nm,大于Er:GGG晶体以及Er,Pr:GGG晶体在2700 nm附近的荧光峰半峰宽。可见Er,Yb:CGA晶体的多重无序结构令其发生了光谱的展宽现象,这也说明Er,Yb:CGA晶体在可调谐激光领域具有应用潜力。c向Er,Yb:CGA晶体在4I11/2和4113/2能级的荧光强度随时间均呈指数式衰减。上能级4I11/2的荧光寿命为0.34 ms,小于下能级4113/2的荧光寿命3.18 ms。与一些常见的光谱性能较好的Er3+掺杂的激光晶体相比,Er,Yb:CGA晶体中Er3+上能级4I11/2的荧光寿命与Er:CGA晶体（0.45 ms）和Er:CaYAlO4晶体（0.35 ms）对应的上能级荧光寿命相接近。Er,Yb:CGA晶体在3.0μm中红外波段可调谐激光领域具有潜在的应用价值。第五章对本论文进行了总结、提出了主要创新点以及仍有待继续研究的问题。
易果强[7]（2019）在《稀土离子Nd3+/Pr3+掺杂CaF2透明陶瓷的制备与光谱性能调控》文中研究指明氟化物透明陶瓷是一类物化性能良好的光学材料,通过激活离子的掺杂改性能够促进其多功能化应用。CaF2透明陶瓷具有透光范围广、理论透过率高、折射率低等优异特性,是理想的基质材料。稀土离子Nd3+/Pr3+具有良好的发光潜力和光谱多样性,常用作荧光材料中的掺杂离子,在固体激光、光学通讯、医学检测、数据储存等领域有着良好的应用价值。但Nd3+和Pr3+离子在氟化物基质中强烈的发光猝灭效应限制了其应用。本论文采用化学共沉淀法结合热压烧结工艺制备了一系列不同掺杂浓度的Nd:CaF2和Pr:CaF2透明陶瓷,针对其严重的浓度猝灭效应,通过共掺Gd3+离子来改变Nd3+/Pr3+发光离子的配位中心和晶体场局域环境,以提高光致发光性能。同时,对其显微结构、光学性能以及发光特性进行了系统研究。通过热压烧结制备了Nd3+掺杂浓度为0.1-5.0 at.%的Nd:CaF2透明陶瓷。探讨了Nd3+离子掺杂浓度对Nd:CaF2透明陶瓷物相结构、微观形貌和透光性能的影响规律。研究表明所得到的透明陶瓷样品具备单一的物相组成和均匀的晶粒分布,Nd3+离子的掺杂促进了CaF2透明陶瓷的烧结,高浓度掺杂的Nd:CaF2透明陶瓷呈现出了优异的透光性能。同时,探讨了Nd:CaF2透明陶瓷在792 nm光源激发下的荧光行为,详细分析了Nd3+离子在CaF2透明陶瓷中的荧光猝灭机制,得到了Nd3+离子的猝灭浓度。基于Nd:CaF2透明陶瓷的发光猝灭行为,以局域结构设计和光谱调控的思想制备了Nd3+、Gd3+共掺杂的CaF2透明陶瓷,并对其相组成、微观结构、透光率和发光特性进行了详细分析。Nd3+和Gd3+共掺杂不会导致CaF2晶相的明显变化,但会使晶格膨胀,晶格常数变大。Gd3+离子共掺有效降低了陶瓷的晶粒尺寸,并改变了微观结构的断裂方式。对近红外发光性能的研究表明,Gd3+离子掺杂极大提高了Nd:CaF2透明陶瓷的发光强度和荧光寿命。同时,固定Gd3+离子浓度（6at.%）,合成制备了高质量的不同Nd3+离子浓度掺杂的Nd:(Ca0.94Gd0.06)F2.06透明陶瓷。研究了Nd3+离子在这类新型基质中荧光特性的变化,并与单掺Nd3+离子的样品作出了比较分析。随后测试计算了Nd3+、Gd3+共掺杂CaF2透明陶瓷的热学性能变化。研究了Pr3+离子掺杂CaF2透明陶瓷的结构特性和光谱性能。物相分析表明稀土离子的适量掺杂并不会明显改变其晶相结构,但晶格常数随着Pr3+离子的掺杂整体上呈现增大的趋势。微观结构分析所得到的陶瓷样品晶粒结合紧密,晶界干净清晰,但仍然有少量残余气孔未被排出。通过444 nm的蓝光激发,测试了Pr3+离子在CaF2透明陶瓷基质中的可见光发光现象。详细研究了Pr3+离子浓度对Pr:CaF2透明陶瓷发光性能的影响。根据Pr3+离子的能级结构和能带差,解析了Pr3+离子的浓度猝灭机制。在Pr:CaF2透明陶瓷的基础上,合成制备了不同Gd3+离子浓度掺杂的Pr,Gd:CaF2透明陶瓷。研究了烧结温度对Pr,Gd:CaF2透明陶瓷致密化和光学性能的影响。在烧结温度为780 oC时,陶瓷样品在1200 nm处的透过率为89%。同时,研究了不同Gd3+离子浓度对Pr:CaF2透明陶瓷微观组织形貌和光谱特性的调控作用。结果表明,Gd3+离子的掺杂细化了晶粒尺寸并提高了陶瓷样品的透过率,同时极大增强了其可见光发光强度。Gd3+离子还造成了发光中心的变化,使得发射带的形状发生了改变。此外,固定Gd3+离子掺杂浓度,研究了Pr3+离子掺杂含量对发光性能的影响,发现Pr3+离子的猝灭浓度得到了极大的提升。
汪瑞[8]（2019）在《掺钕铝酸钆钇和掺镱铝酸钆钇激光晶体生长及性能研究》文中研究说明超快飞秒激光具有高时间分辨率、高峰值功率、低热效应等特性,在精密加工、显微成像、光通信等领域得到了广泛应用。随着激光二极管的快速发展,LD泵浦的全固态激光器产生超短脉冲激光逐渐成为最理想的方式之一。激光增益基质作为激光器的核心部位,要实现超快飞秒级激光运转,需要激光增益材料同时具有宽发射光谱、高的热导率和高的发射截面等特性。在新材料研究中,将Gd3+离子掺入到YAP激光晶体中形成一种新的混晶GYAP晶体,以提高晶体的无序度,可以使得掺入该晶体的激活离子的吸收光谱和荧光光谱非均匀展宽,有利于实现超快激光运转。本文以Nd:GYAP和Yb:GYAP晶体作为研究对象,对其生长工艺和光谱性能进行了详细研究,并进行了初步激光实验,全面评价了Nd:GYAP和Yb:GYAP晶体作为固体超快激光晶体的可能性。本文主要研究内容及成果如下:1.第一章介绍超快固体激光器的发展现状,简要阐述几种常见的宽带激光晶体的优缺点,提出了LD泵浦掺钕和掺镱的超快固体增益材料的研究必要性,指出了本文选择GYAP晶体作为研究对象的依据。2.详细介绍了GYAP晶体的生长原理与工艺,系统讨论了影响晶体质量的几个工艺因素,并以纯度99.999%的Al2O3、Y2O3、Gd2O3作为原料,采用提拉法成功生长了高质量的GYAP单晶;对生长的GYAP晶体结构进行XRD测试表征,其晶体结构与YAP晶体结构相同,空间群同为Pnma,在生长及降温过程中未发生结构相变。3.采用提拉法成功生长了Nd:GYAP晶体,研究了晶体的吸收光谱,通过Judd-Ofelt理论分析了Nd:GYAP晶体的J-O强度参数、自发辐射寿命、自发辐射几率等,Nd:GYAP晶体的J-O强度参数为Ω2=0.85×10-20cm2,Ω4=3.71×10-20cm2,Ω6=4.13×10-20cm2。测量了Nd:GYAP晶体的荧光光谱,在1079nm处发射峰的发射截面为9.02×10-20cm2,半峰宽达46nm,相应的4F3/2能级寿命为189.5μs。对比其他Nd3+离子掺杂的晶体,Nd:GYAP晶体具有宽的发射带宽和较高的发射截面,有利于实现超快激光输出。同时对Nd:GYAP晶体进行了激光实验,采用b切Nd:GYAP晶体在1.08μm谱线处获得连续激光输出,在吸收功率为7.03W时,最大输出功率可达2.12W,相应斜率效率为34%。4.采用提拉法成功生长了Yb:GYAP晶体,对该晶体的光谱特性了进行系统分析。在室温中测得Yb:GYAP位于959nm处吸收峰的吸收截面为1.09×10-20cm2,适合用InGaAs激光二极管泵浦。Yb:GYAP晶体的主要发射带位于950-1100nm处,对应于Yb3+离子2F5/2→2F7/2能级之间的跃迁,在1051nm处算得发射截面为1.18×10-20cm2,其发射截面与Yb:YAP(0.6×10-20cm2)、Yb:LuVO4(1.0×10-20cm2)及Yb:CGA(0.75×10-20cm2)相比有着一定的优势,而且Yb:GYAP晶体2F5/2能级寿命达1.638ms。同时对Yb:GYAP晶体进行了激光实验,利用b切Yb:GYAP晶体在1μm谱线处获得连续激光输出,在吸收功率为5.82W时,最大输出功率可达0.51W,相应斜率效率为23.5%。
于浩[9]（2019）在《Re（Pr,Eu,Dy）：CaF2晶体光谱与可见光激光性能研究》文中研究指明稀土离子的光谱特性强烈依赖于稀土离子的局域格位结构,已有的研究表明在稀土离子掺杂的碱土金属氟化物晶体中可以实现“局域格位结构设计和调控”。通过共掺入晶格调剂离子R3+（R=Y、La、Gd、Sc等）,改变Nd3+离子格位结构的对称性、增加局域晶场畸变、调节格位结构的多样性,解决了晶体发射截面小、量子效率低的关键问题。本论文在此基础上,开展了Pr,Eu及Dy离子在CaF2晶体中局域格位结构和发光性能的研究。Pr、Eu及Dy离子是典型的可见波段稀土发光离子,发射可以从蓝光覆盖到深红光波段。本文在Re（Pr,Eu,Dy）:CaF2晶体中共掺Y3+或Gd3+作为调剂离子,通过XRD衍射、吸收及发射光谱测试、荧光寿命测试、荧光量子效率测试等测试方法,发现Y3+或Gd3+离子可以改变稀土离子格位结构的对称性,调节格位结构的多样性,一方面解决了掺Pr3+离子晶体量子效率低的问题,实现了Pr:CaF2晶体红光激光输出;另一方面利用格位结构的多样性,通过改变Eu离子浓度及或改变激发光的波长,在Eu:CaF2晶体中实现了从蓝紫色到橙红色的大范围显示色域调控;通过改变调剂离子浓度,在Dy:CaF2晶体中获得了连续可调的白光发射。具体研究工作包括以下几个方面:采用坩埚下降法和温度梯度法生长了0.6%Pr,x%R:CaF2（x=0.6,1.2,3.0,6.0,R=Y,Gd）系列晶体。在0.6%Pr:CaF2晶体中共掺Y3+或Gd3+离子,显着提升了Pr:CaF2晶体的发光性能,发现两种离子对Pr3+离子发光调控作用各不相同:Y3+离子对于蓝光和橙光的增强显着,0.6%Pr,1.2%Y:CaF2样品蓝光荧光峰发光强度相比单掺样品提高36倍,与此同时橙光峰发射强度提高156倍;而Gd3+离子对红光的增强更为突出,当Gd3+离子掺杂浓度为6.0%时,红光荧光峰发光强度相比单掺样品提高16倍。实验结果表明Y3+或Gd3+离子不仅起到缓冲离子的作用,增强晶体的发光性能,还使得Pr3+离子局域格位结构发生不同的变化。利用Gd3+离子的调剂作用,我们在0.6%Pr,1.2%Gd:CaF2晶体中首次实现了642 nm红光激光输出。采用坩埚下降法生长了x%Eu:CaF2（x=0.6,1.2,3.0,6.0）和3.0%Eu,x%Gd:CaF2（x=3.0,6.0,12.0）系列晶体。在Eu:CaF2晶体中研究发现,随Eu离子浓度增加,Eu2+离子浓度降低,而Eu3+离子升高。此外,Eu2+和Eu3+离子在CaF2晶体中具有宽带的吸收和发射,通过改变Eu离子浓度,在398 nm激发下可以获得大范围的显示色域,样品显色从蓝色变化至橙色;采用不同的激发波长（320-330 nm）,可以调节Eu2+和Eu3+离子的发光强度比例,获得从暖白光到蓝紫光的大范围显示色域;研究了Gd3+离子浓度变化对Eu3+离子格位结构种类及对称性的影响。结果表明共掺Gd3+离子降低了Eu3+离子局域格位的对称性,提高了Eu3+离子发射强度,当Gd3+离子浓度为6.0%时,样品Eu3+离子发光强度为单掺Eu3+离子时的1.5倍。Eu2+离子发光强度则随着Gd3+离子浓度的升高而持续减弱。采用坩埚下降法和温度梯度法,成功的生长了x%Dy:CaF2（x=0.6,1.0,3.0,6.0）和0.6%Dy,x%Gd:CaF2（x=0.3,0.6,1.2,3.0）系列晶体。在Dy:CaF2晶体中研究发现,当Dy3+离子浓度高于0.6%时,晶体即发生荧光猝灭。在0.6%Dy:CaF2晶体中共掺Gd3+离子,显着提升了Dy:CaF2晶体的发光性能,当Gd3+离子浓度为3.0%时,样品573 nm黄光峰发射强度为0.6%Dy:CaF2的28倍。在273 nm激发下,我们研究了Gd3+与Dy3+离子间的能量传递过程。利用这一能量传递过程,通过改变Gd3+离子浓度,获得了样品的可调谐白光发光。当Gd3+离子浓度从0增至3.0%时,样品显色坐标从（0.54,0.40）移动至（0.38,0.42）。以上结果表明,Y3+或Gd3+离子作为调剂离子,可以有效的作用于Pr、Eu和Dy离子,通过对激活离子局域结构的调控,实现了稀土离子掺杂CaF2晶体光谱和激光性能的调控。
周晨[10]（2019）在《含孤立B-O基元的碱土金属硼酸盐的设计、合成及溴硼酸钾晶体生长工艺的研究》文中研究表明硼酸盐具有结构多样性的特点,这主要源于BO3平面三角形和BO4多面体通过不同的桥联方式连接成结构形式各异的B-O基元,并使化合物具有特殊的性能。本论文主要基于以下策略在硼酸盐体系中开展新材料研发及晶体生长研究:（a）基于阴离子基团理论,孤立的硼氧基团共平面或平行排列有益于产生大的光学各向异性和极化率,进而获得大的双折射率和非线性光学效应;（b）在结构中引入具有立构活性孤对电子的阳离子Pb2+离子等,也利于产生大的双折射率;（c）通过调控阳离子与硼的比例设计含有目标功能基元的化合物;（d）离子共替代策略等方法可有效地指导新化合物合成,加速新材料的研发。相应的新化合物探索以及晶体生长的研究结果如下:（1）双折射晶体Pb8Mgx Ca1-x（BO3）6（x=0,0.4,1）的合成与性能表征采用高温熔液法合成了三例新的同构铅硼酸盐:Pb8MgxCa1-x（BO3）6（x=0,0.4,1）。三例化合物的单晶结构均由BO3平面三角形、Pb（2）O9多面体以及扭曲的Pb（1）O5多面体相互连接构成延c方向叠加的∞[Pb8B6O18]2-双层,而MgO6(CaO6或Mg0.4Ca0.6O6)多面体填充在层间形成最终的三维网状结构。结构关系分析表明,扭曲的Pb（1）O5多面体与近平行排列的BO3三角形对该化合物的折射率给予了相当大的贡献。第一性原理计算表明:Pb8Mg（BO3）6和Pb8Ca（BO3）6有着较大的双折射率,分别为0.15和0.12@1064 nm。因此,这三例新的具有优异双折射率的铅硼酸盐有望成为在可见-近红外波段应用的双折射材料。（2）Li3.366Mg0.317B2O5的合成与性能表征采用高温熔液法在Li2O-MgO-B2O3体系中合成了第一例二聚硼酸盐:Li3.366Mg0.317B2O5。该晶体结构特点为:孤立的B2O5基元与Li（2）O5多面体连接形成在a轴方向叠加的∞[Li2（2）B2O5]双层结构,层与层之间由共占位的Li（1）/Mg原子填入,形成最终的三维网络结构。该晶体结构中存在罕见的共面连接的Li（2）O5链,相同的连接方式仅在它的母体化合物β-Li4B2O5中发现。此外,本文还研究了Li4-2xMgxB2O5（x=0,0.317,2）中B2O5的两个BO3三角形之间的扭转角和二面角的变化关系,进一步探讨了引入阳离子Mg2+对其晶体结构中功能基元的调控作用。（3）K3B6O10Br非线性光学晶体的生长工艺优化及光学性能表征K3B6O10Br晶体是一种性能优异的非线性光学晶体,具有宽的透光波段、大的非线性光学系数、合适的双折射率及良好的稳定性,在紫外激光频率转换领域具有重要的应用。但是,当前K3B6O10Br晶体生长的助熔剂为含有PbO的非自助熔剂,助熔剂中的Pb2+离子会以杂质的形式进入晶格中从而导致晶体在200-260 nm紫外波段产生严重的吸收,从而限制了K3B6O10Br晶体在紫外波段的应用,并降低了晶体的激光损伤阈值。因此,本文探索了K3B6O10Br晶体的自助熔剂体系,并开展了晶体生长工艺的研究,获得了在紫外区具有高透光率的K3B6O10Br晶体。透过光谱显示:该晶体在200-260 nm波段吸收减弱,结合元素分析测试证实了在含铅助熔剂体系中Pb2+离子对紫外波段透过率会产生不利影响。此外,通过棱镜耦合技术首次测试分析了其折射率随温度的变化情况、分析了其相位匹配角随温度的变化关系。实验结果表明:在室温到100 oC的温度下,K3B6O10Br晶体的折射率和相位匹配角受温度的影响较小,有利于获得稳定的激光倍频输出。
二、研制超高功率激光系统所需的优质大尺寸钛宝石晶体(Ti~(3+)∶Al_2O_3)（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、研制超高功率激光系统所需的优质大尺寸钛宝石晶体(Ti~(3+)∶Al_2O_3)（论文提纲范文）
（1）稀土掺杂氟化钇钡激光晶体生长及性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1 章 绪论 |
| 1.1 红外波段激光研究意义 |
| 1.2 红外波段激光实现方式 |
| 1.3 Re~(3+)掺杂激光晶体中典型的稀土离子 |
| 1.4 激光晶体的分类与选择 |
| 1.5 国内外研究现状 |
| 1.6 本文研究目的及研究内容 |
| 1.6.1 本文研究目的 |
| 1.6.2 本文研究内容 |
| 第2 章 多晶料的制备与表征 |
| 2.1 高温固相法制备多晶料 |
| 2.2 共沉淀法制备多晶料 |
| 2.2.1 实验试剂及设备 |
| 2.2.2 前驱体的制备过程 |
| 2.2.3 原料的纯化与相图分析 |
| 2.3 多晶料的性能表征 |
| 2.3.1 热重差热分析 |
| 2.3.2 X射线衍射分析 |
| 2.3.3 样品中的化学键及形貌分析 |
| 2.4 晶体中Ho~(3+)离子的浓度方案 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3 章 晶体生长与表征方法 |
| 3.1 晶体生长理论 |
| 3.1.1 成核理论 |
| 3.1.2 晶体生长相变驱动力 |
| 3.1.3 熔体中的生长动力学 |
| 3.1.4 固体-熔体界面形状的影响及控制 |
| 3.1.5 生长炉温区的设计 |
| 3.2 晶体生长工艺 |
| 3.2.1 晶体生长装置 |
| 3.2.2 坩埚的设计及制作 |
| 3.2.3 晶体生长实验 |
| 3.2.4 晶体生长及加工 |
| 3.3 晶体性能测试 |
| 3.3.1 X射线衍射(XRD) |
| 3.3.2 激光显微拉曼测试 |
| 3.3.3 晶体密度测试 |
| 3.3.4 热导率测试 |
| 3.3.5 吸收光谱测试 |
| 3.3.6 发射光谱测试 |
| 3.3.7 衰减曲线测试 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 Ho:BaY_2F_8晶体的性能表征 |
| 4.1 晶体结构与热性能 |
| 4.1.1 X射线衍射分析 |
| 4.1.2 晶体密度分析 |
| 4.1.3 晶体导热性能研究 |
| 4.2 200-2200 nm波段吸收光谱分析 |
| 4.3 红外波段发射光谱及3.9μm光谱参数分析 |
| 4.4 能量传递分析 |
| 4.5 荧光寿命计算 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 Ho,Yb:BaY_2F_8晶体的性能表征 |
| 5.1 晶体物相与结构表征 |
| 5.1.1 X射线衍射分析 |
| 5.1.2 拉曼光谱分析 |
| 5.2 晶体密度分析 |
| 5.3 300-1300 nm波段吸收光谱分析 |
| 5.4 红外波段发射光谱分析 |
| 5.5 2.0μm波段光谱参数计算 |
| 5.6 浓度猝灭机理研究 |
| 5.7 荧光寿命计算及能量传递分析 |
| 5.8 本章小结 |
| 第6章 Ho,Pr:BaY_2F_8晶体的性能表征 |
| 6.1 晶体物相与结构表征 |
| 6.1.1 X射线衍射分析 |
| 6.1.2 拉曼光谱分析 |
| 6.2 晶体密度分析 |
| 6.3 300-1300 nm波段吸收光谱分析 |
| 6.4 1-3μm红外波段发射光谱分析 |
| 6.5 2.9μm波段光谱参数计算 |
| 6.6 浓度猝灭机理研究 |
| 6.7 荧光寿命计算及能量传递分析 |
| 6.8 本章小结 |
| 第7章 Ho,Nd:BaY_2F_8晶体的性能表征 |
| 7.1 晶体物相与结构表征 |
| 7.1.1 X射线衍射分析 |
| 7.1.2 拉曼光谱分析 |
| 7.2 晶体密度分析 |
| 7.3 700-1300 nm波段吸收光谱分析 |
| 7.4 红外波段发射光谱分析 |
| 7.5 2.0μm波段光谱参数计算 |
| 7.6 浓度猝灭机理研究 |
| 7.7 荧光寿命计算及能量传递分析 |
| 7.8 本章小结 |
| 第8章 Ho:BaY_2F_8晶体激光性能表征 |
| 8.1 激光 |
| 8.2 自发辐射、受激吸收和受激发射 |
| 8.3 粒子数反转分布 |
| 8.4 激光产生原理及特点 |
| 8.5 Ho:BaY_2F_8晶体的激光性能测试与分析 |
| 8.5.1 3.9μm激光发射谱分析 |
| 8.5.2 晶体输出能量测试与分析 |
| 8.6 本章小结 |
| 第9 章 结论与展望 |
| 9.1 结论 |
| 9.2 创新点 |
| 9.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（2）翠绿宝石全固态激光器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪言 |
| §1.1 翠绿宝石激光器的研究背景及意义 |
| §1.1.1 激光医疗 |
| §1.1.2 激光雷达 |
| §1.1.3 多光子显微镜 |
| §1.2 国外翠绿宝石激光器的研究进展 |
| §1.2.1 连续激光器 |
| §1.2.2 调Q激光器 |
| §1.2.3 锁模激光器 |
| §1.2.4 再生放大器 |
| §1.2.5 紫外光源 |
| §1.3 国内翠绿宝石激光器的研究进展 |
| §1.4 全固态人眼安全激光器 |
| §1.5 本论文的主要研究内容 |
| 第二章 翠绿宝石晶体的特性及理论模型 |
| §2.1 翠绿宝石晶体的晶体结构和物理特性 |
| §2.1.1 晶体结构 |
| §2.1.2 物理特性 |
| §2.2 翠绿宝石晶体的能级跃迁和光谱特性 |
| §2.2.1 能级跃迁 |
| §2.2.2 光谱特性 |
| §2.3 翠绿宝石晶体的温度特性 |
| §2.3.1 荧光寿命 |
| §2.3.2 受激发射截面 |
| §2.3.3 基态吸收 |
| §2.3.4 激发态吸收 |
| §2.3.5 与其他晶体的对比 |
| §2.4 翠绿宝石晶体的激光理论模型 |
| §2.4.1 激光理论模型 |
| §2.4.2 热转换系数 |
| §2.5 本章小结 |
| 第三章 高亮度光纤耦合输出红光LD泵浦的翠绿宝石激光器 |
| §3.1 红光LD的发展现状 |
| §3.2 8W高亮度光纤耦合输出红光LD泵浦源 |
| §3.3 8W高亮度光纤耦合输出红光LD泵浦的短腔翠绿宝石激光器 |
| §3.4 8W高亮度光纤耦合输出红光LD泵浦的自调Q翠绿宝石激光器 |
| §3.5 8W高亮度光纤耦合输出红光LD泵浦的可调谐翠绿宝石激光器 |
| §3.5.1 双折射滤光片(BRF)的原理 |
| §3.5.2 8W高亮度光纤耦合输出红光LD泵浦的可调谐翠绿宝石激光器实验研究 |
| §3.6 8W高亮度光纤耦合输出红光LD泵浦的电光调Q翠绿宝石激光器 |
| §3.6.1 电光调Q及腔倒空调Q原理 |
| §3.6.2 实验装置图 |
| §3.6.3 基于三片组合式BRF的电光调Q翠绿宝石激光器 |
| §3.6.4 双波长电光调Q翠绿宝石激光器 |
| §3.7 本章小结 |
| 第四章 高功率光纤耦合输出红光LD泵浦的翠绿宝石激光器 |
| §4.1 40W高功率光纤耦合输出红光LD泵浦源 |
| §4.2 40W高功率光纤耦合输出红光LD单端泵浦的短腔CW翠绿宝石激光器 |
| §4.3 40W高功率光纤耦合输出红光LD双端泵浦的翠绿宝石激光器 |
| §4.4 40W高功率光纤耦合输出红光LD泵浦的电光调Q翠绿宝石激光器 |
| §4.4.1 基于三片组合式BRF的电光调Q翠绿宝石激光器 |
| §4.4.2 基于偏振片的电光调Q翠绿宝石激光器 |
| §4.4.3 基于偏振片的腔倒空调Q翠绿宝石激光器 |
| §4.5 40W高功率光纤耦合输出红光LD泵浦的SESAM被动调Q翠绿宝石激光器 |
| §4.5.1 SESAM工作原理 |
| §4.5.2 基于SESAM的瓦量级被动调Q翠绿宝石激光器 |
| §4.6 本章小结 |
| 第五章 高亮度黄光激光器泵浦的翠绿宝石激光器 |
| §5.1 基于掺Yb光纤激光器的拉曼倍频589nm激光器泵浦的翠绿宝石激光器 |
| §5.1.1 基于掺Yb光纤激光器的拉曼倍频589nm激光器泵浦源 |
| §5.1.2 基于掺Yb光纤激光器的拉曼倍频589nm激光器泵浦的短腔翠绿宝石激光器研究 |
| §5.1.3 基于掺Yb光纤激光器的拉曼倍频589nm激光器泵浦的可调谐翠绿宝石激光器研究 |
| §5.2 589nm全固态高亮度黄光激光器泵浦的电光调Q翠绿宝石激光器 |
| §5.3 本章小结 |
| 第六章 基于Nd:LuAG晶体的1442nm激光器 |
| §6.1 基于Nd:LuAG晶体的1442nm连续激光器 |
| §6.1.1 实验装置图 |
| §6.1.2 实验结果与讨论 |
| §6.2 基于Nd:LuAG晶体的1442nm被动调Q激光器 |
| §6.2.1 实验装置图 |
| §6.2.2 实验结果与讨论 |
| §6.3 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| §7.1 研究内容总结 |
| §7.2 论文创新点 |
| §7.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间参加的项目及发表的论文 |
| 附: 外文论文两篇 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（3）掺铒钇镓石榴石晶体生长及其激光性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| §1.1 引言 |
| §1.2 1.6μm和3μm激光简介 |
| §1.3 1.6μm和3μm激光器研究现状 |
| §1.3.1 1.6μm激光器研究现状 |
| §1.3.2 3μm激光器研究现状 |
| §1.4 激光增益介质的选择 |
| §1.5 本论文的主要研究工作 |
| 参考文献 |
| 第二章 掺铒钇镓石榴石晶体生长 |
| §2.1 引言 |
| §2.2 光浮区法晶体生长概述 |
| §2.3 掺铒钇镓石榴石晶体生长 |
| §2.3.1 多晶料制备 |
| §2.3.2 多晶料棒的制备 |
| §2.3.3 晶体生长工艺及退火 |
| §2.4 影响晶体质量的因素 |
| §2.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 Er:YGG晶体结构、组分及热学性质表征 |
| §3.1 引言 |
| §3.2 Er:YGG晶体结构分析 |
| §3.3 Er:YGG晶体组分表征 |
| §3.4 Er:YGG晶体热学性质表征 |
| §3.4.1 热膨胀和密度 |
| §3.4.2 比热容 |
| §3.4.3 热扩散及热导率 |
| §3.4.4 热冲击系数 |
| §3.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 Er:YGG晶体光学性质表征 |
| §4.1 引言 |
| §4.2 吸收光谱 |
| §4.3 荧光寿命 |
| §4.4 荧光光谱 |
| §4.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 Er:YGG晶体激光性能研究 |
| §5.1 引言 |
| §5.2 铒离子的交叉弛豫 |
| §5.3 3μm连续激光实验 |
| §5.4 1.6μm连续激光实验 |
| §5.5 1.6μm被动调Q激光实验 |
| §5.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| §6.1 主要研究工作 |
| §6.2 主要创新点 |
| §6.3 有待进一步开展的工作 |
| 攻读博士学位期间发表论文情况 |
| 攻读博士学位期间所获奖励以及专利申请情况 |
| 致谢 |
| Paper 1 |
| Paper 2 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（4）超宽光谱飞秒激光的产生、放大及载波包络相移控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 飞秒脉冲激光的研究进展 |
| 1.2 飞秒激光脉冲的产生机理 |
| 1.2.1 锁模的基本原理 |
| 1.2.2 克尔透镜原理 |
| 1.2.3 同步泵浦锁模原理 |
| 1.3 飞秒激光载波包络相移测量与控制方法 |
| 1.3.1 载波包络相移概述 |
| 1.3.2 载波包络相移测量方法 |
| 1.3.3 载波包络相移控制方法 |
| 1.4 薄片激光器的研究进展 |
| 1.4.1 薄片激光器的特点 |
| 1.4.2 薄片振荡器的研究进展 |
| 1.4.3 薄片放大器的研究进展 |
| 1.5 本论文的主要研究内容与研究意义 |
| 第二章 飞秒脉冲放大技术与色散管理 |
| 2.1 啁啾脉冲放大技术原理 |
| 2.2 飞秒光学中的色散理论 |
| 2.3 啁啾脉冲放大系统中的各模块单元与色散计算 |
| 2.3.1 飞秒激光振荡器 |
| 2.3.2 CPA系统中的展宽器与色散计算 |
| 2.3.3 CPA系统中的放大器类型与色散计算 |
| 2.3.4 CPA系统中的压缩器与其色散计算 |
| 2.4 小结 |
| 第三章 高平均功率飞秒钛宝石振荡器实验研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 高平均功率飞秒钛宝石振荡器的设计与实现 |
| 3.2.1 光学元件的设计与选取 |
| 3.2.2 激光谐振腔的设计模拟和分析 |
| 3.3 高平均功率飞秒钛宝石振荡器的实验装置及测量结果 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 兆瓦峰值功率倍频程钛宝石激光器设计与实验研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 克尔透镜锁模谐振腔的一般性设计原则 |
| 4.2.1 固态激光谐振腔的腔型比较 |
| 4.2.2 克尔透镜谐振腔的最优化设计 |
| 4.2.3 固态激光谐振腔的像散及其补偿 |
| 4.2.4 超短脉冲激光振荡器的色散补偿方案 |
| 4.3 飞秒激光振荡器腔内非线性光谱展开研究 |
| 4.4 兆瓦峰值功率倍频程钛宝石振荡的实验与结果分析 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 基于自差频方法的超短脉冲载波包络相移测量与控制研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 自差频测量载波包络相移的设计与实现 |
| 5.3 飞秒光学频率梳的CEO测量及锁定结果 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 千赫兹飞秒钛宝石再生放大及薄片放大方案实验研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 千赫兹环形再生放大实验研究 |
| 6.2.1 环形再生腔腔行设计 |
| 6.2.2 千赫兹环形再生放大系统的搭建与调节 |
| 6.2.3 千赫兹环形再生放大的实验结果与分析 |
| 6.3 千赫兹钛宝石薄片再生放大实验研究 |
| 6.3.1 钛宝石薄片的热分布分析 |
| 6.3.2 钛宝石薄片再生腔腔型和多通泵浦结构的设计 |
| 6.3.3 钛宝石薄片再生放大系统的搭建与调节 |
| 6.3.4 钛宝石薄片再生放大的实验结果与分析 |
| 6.4 小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（5）新型Nd:SrLaAlO4晶体的激光特性测量及在甲烷检测中的应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 锁模技术 |
| 1.2 锁模激光的发展 |
| 1.3 宽带增益介质 |
| 1.4 论文中相关的饱和吸收体 |
| 1.5 CH_4气体浓度检测技术 |
| 1.6 本论文主要研究内容 |
| 2 Nd:SrLaAlO_4晶体的生长方法及热学、光谱特性测量 |
| 2.1 晶体的生长方法 |
| 2.2 热学性质测量与表征 |
| 2.3 光谱性质测量 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 连续波及调Q激光特性测量 |
| 3.1 被动调Q激光理论 |
| 3.2 Nd:SrLaAlO_4/Cr~(4+):YAG 1.07 μm调Q激光特性测量 |
| 3.3 Nd:SrLaAlO_4/ReSe_2调Q激光特性测量 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 可调谐激光器件设计及调谐特性测量 |
| 4.1 可调谐激光器的实现方法及发展 |
| 4.2 宽带激光输出特性测量 |
| 4.3 Yb,Nd:ScSiO_5晶体可调谐激光器性能表征 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 超短脉冲的产生及测量 |
| 5.1 克尔效应 |
| 5.2 色散及补偿技术 |
| 5.3 超快激光稳腔设计 |
| 5.4 超快激光器输出特性测量 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 CH_4气体检测应用 |
| 6.1 气体检测方法 |
| 6.2 中红外检测光源的设计与实现 |
| 6.3 甲烷气体远程遥测系统研究 |
| 6.4 甲烷气体遥测实验 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 7.1 研究内容和主要结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 今后研究工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 致谢 |
| 学位论文数据集 |
（6）无序结构Tm，Ho：GAGG和Er，Yb：CGA晶体的生长和性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 激光晶体 |
| 1.2.1 激光晶体的发展现状 |
| 1.2.2 激光晶体的发展趋势 |
| 1.2.3 2.0μm波段激光晶体 |
| 1.2.4 3.0μm波段激光晶体 |
| 1.3 无序结构晶体 |
| 1.3.1 GAGG晶体 |
| 1.3.2 CGA晶体 |
| 1.4 晶体生长方法 |
| 1.4.1 晶体生长方法介绍 |
| 1.4.2 提拉法 |
| 1.4.3 影响晶体生长的因素 |
| 1.5 本论文的选题意义、目的及主要研究内容 |
| 第二章 Tm,Ho: GAGG晶体的生长和质量表征 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 提拉法生长晶体 |
| 2.2.1 多晶料的合成 |
| 2.2.2 晶体生长的设备 |
| 2.2.3 Tm,Ho: GAGG晶体生长流程及结果 |
| 2.3 Tm,Ho: GAGG晶体的质量表征 |
| 2.3.1 晶体组分与分凝系数 |
| 2.3.2 XRD和摇摆曲线 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 Tm,Ho: GAGG晶体的性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 热学性质 |
| 3.2.1 密度 |
| 3.2.2 比热热膨胀热扩散热导率 |
| 3.3 光谱性质 |
| 3.3.1 吸收光谱 |
| 3.3.2 荧光光谱 |
| 3.3.3 荧光寿命 |
| 3.4 激光性能 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 Er, Yb: CGA晶体的生长与性能表征 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 Er,Yb: CGA晶体的生长 |
| 4.2.1 多晶料的合成 |
| 4.2.2 晶体生长 |
| 4.3 掺杂浓度与分凝系数 |
| 4.4 Er,Yb: CGA晶体的光谱性质 |
| 4.4.1 Er,Yb: CGA晶体的吸收光谱 |
| 4.4.2 Er, Yb: CGA晶体的荧光光谱 |
| 4.4.3 荧光寿命 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 主要结论 |
| 5.1.1 Tm,Ho: GAGG晶体 |
| 5.1.2 Er,Yb: CGA晶体 |
| 5.2 主要创新点 |
| 5.3 有待深入研究的内容 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间所获奖励 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（7）稀土离子Nd3+/Pr3+掺杂CaF2透明陶瓷的制备与光谱性能调控（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 固体激光技术概述 |
| 1.2.1 激光技术的发展 |
| 1.2.2 固体激光器对工作介质的要求 |
| 1.3 固体激光材料 |
| 1.3.1 激光晶体 |
| 1.3.2 激光玻璃 |
| 1.3.3 激光陶瓷 |
| 1.4 激光透明陶瓷的制备工艺和影响因素 |
| 1.4.1 激光透明陶瓷的粉体合成 |
| 1.4.2 激光透明陶瓷的烧结制备 |
| 1.4.3 透明陶瓷光学性能的影响因素 |
| 1.5 激光透明陶瓷的研究进展 |
| 1.5.1 氧化物透明陶瓷的研究进展 |
| 1.5.2 氟化物透明陶瓷的研究进展 |
| 1.5.3 其他系列透明陶瓷的研究进展 |
| 1.5.4 稀土掺杂透明陶瓷的应用 |
| 1.6 稀土激活离子 |
| 1.6.1 稀土离子种类及电子组态 |
| 1.6.2 稀土离子的发光现象 |
| 1.6.3 稀土离子的能量传递及浓度猝灭现象 |
| 1.7 研究课题的提出、技术路线和研究内容 |
| 1.7.1 CaF_2基质材料 |
| 1.7.2 稀土离子Nd~(3+)和Pr~(3+)的发光特性 |
| 1.7.3 本文的研究内容 |
| 第二章 Nd~(3+)掺杂CaF_2透明陶瓷的制备及性能研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验内容 |
| 2.2.1 Nd:CaF_2透明陶瓷的制备 |
| 2.2.2 Nd:CaF_2透明陶瓷的表征 |
| 2.3 Nd:CaF_2透明陶瓷的性能研究 |
| 2.3.1 Nd:CaF_2纳米粉体的形貌及相组成 |
| 2.3.2 透明陶瓷样品及物相分析 |
| 2.3.3 Nd~(3+)掺杂浓度对微观结构和透过率的影响 |
| 2.3.4 Nd~(3+)掺杂浓度对近红外发光性能的影响 |
| 2.3.5 Nd~(3+)在CaF_2透明陶瓷中的荧光衰减行为 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 Gd~(3+)共掺Nd~(3+):CaF_2透明陶瓷的结构和光谱性能调控 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验内容 |
| 3.2.1 Nd,Gd:CaF_2透明陶瓷的制备 |
| 3.2.2 Nd,Gd:CaF_2透明陶瓷的表征 |
| 3.3 Gd~(3+)含量对Nd:(Ca_(1-x)Gd_x)F_(2+x)透明陶瓷性能的影响 |
| 3.3.1 对纳米粉体形貌的影响 |
| 3.3.2 透明陶瓷样品及物相分析 |
| 3.3.3 微观结构和透过率分析 |
| 3.3.4 近红外发光性能的调控和荧光衰减行为分析 |
| 3.4 Nd~(3+)含量对Nd:(Ca_(0.94)Gd_(0.06))F_(2.06)透明陶瓷性能的影响 |
| 3.4.1 透明陶瓷样品及物相分析 |
| 3.4.2 微观结构和透过率分析 |
| 3.4.3 近红外发光性能与荧光衰减行为 |
| 3.4.4 热学性能分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 Pr~(3+)掺杂CaF_2透明陶瓷的制备及性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验内容 |
| 4.2.1 Pr:CaF_2透明陶瓷的制备 |
| 4.2.2 Pr:CaF_2透明陶瓷的表征 |
| 4.3 Pr:CaF_2透明陶瓷的性能研究 |
| 4.3.1 透明陶瓷样品及物相分析 |
| 4.3.2 微观结构和透过率分析 |
| 4.3.3 Pr~(3+)掺杂浓度对可见光发光性能的影响 |
| 4.3.4 Pr~(3+)在CaF_2透明陶瓷中的荧光衰减行为 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 Gd~(3+)共掺Pr~(3+):CaF_2透明陶瓷的结构和光谱性能调控 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验内容 |
| 5.2.1 Pr,Gd:CaF_2透明陶瓷的制备 |
| 5.2.2 Pr,Gd:CaF_2透明陶瓷的表征 |
| 5.3 Pr,Gd:CaF_2透明陶瓷的制备与结构演化 |
| 5.3.1 透明陶瓷的物相组成与微观结构演变 |
| 5.3.2 透明陶瓷的致密化行为与透过率分析 |
| 5.4 Gd~(3+)含量对Pr:(Ca_(1-x)Gd_x)F_(2+x)透明陶瓷性能的影响 |
| 5.4.1 透明陶瓷样品及物相分析 |
| 5.4.2 微观结构和透过率分析 |
| 5.4.3 可见光发光性能的调控及荧光衰减行为分析 |
| 5.4.4 力学性能分析 |
| 5.5 Pr~(3+)含量对Pr:(Ca_(0.94)Gd_(0.06))F_(2.06)透明陶瓷性能的影响 |
| 5.5.1 透明陶瓷样品及物相分析 |
| 5.5.2 可见光发光特性与荧光衰减行为 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 全文总结 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 论文创新点 |
| 6.3 下一步的工作计划 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 博士在读期间发表相关论文 |
| 参与科研项目情况 |
（8）掺钕铝酸钆钇和掺镱铝酸钆钇激光晶体生长及性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 超快固体激光器发展概述 |
| 1.2 用于产生超快激光的固体增益介质 |
| 1.2.1 掺钛蓝宝石(Ti:sapphire)激光晶体 |
| 1.2.2 掺铬离子的激光晶体 |
| 1.2.3 用于产生超快激光的掺钕晶体 |
| 1.2.4 用于产生超快激光的掺镱晶体 |
| 1.3 铝酸盐激光增益介质 |
| 1.4 本论文的选题依据和研究内容 |
| 1.4.1 本论文的选题依据 |
| 1.4.2 本论文的研究内容 |
| 第二章 GYAP单晶的生长方法与性能表征手段 |
| 2.1 GYAP晶体的生长原理和制备方法 |
| 2.1.1 GYAP晶体生长方法及生长设备 |
| 2.1.2 GYAP晶体的生长过程 |
| 2.1.3 影响GYAP晶体生长的因素 |
| 2.2 晶体的表征方法及理论计算 |
| 2.2.1 X射线粉末衍射 |
| 2.2.2 吸收光谱与吸收截面 |
| 2.2.3 荧光光谱与发射截面 |
| 2.2.4 ICP-AES成分分析 |
| 2.2.5 Judd-Ofelt理论分析 |
| 第三章 钕掺杂GYAP晶体的制备与性能研究 |
| 3.1 晶体生长 |
| 3.2 XRD与稀土离子掺杂浓度分析 |
| 3.3 吸收光谱及Judd-Ofelt理论分析 |
| 3.4 荧光光谱和发射截面分析 |
| 3.5 Nd:GYAP晶体激光实验研究 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 镱掺杂GYAP晶体的制备与性能研究 |
| 4.1 晶体生长 |
| 4.2 XRD与稀土离子掺杂浓度分析 |
| 4.3 吸收光谱和吸收截面分析 |
| 4.4 荧光光谱和发射截面分析 |
| 4.5 Yb:GYAP晶体激光实验研究 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 结论与建议 |
| 参考文献 |
| 研究生期间获得的主要成果 |
| 致谢 |
（9）Re（Pr,Eu,Dy）：CaF2晶体光谱与可见光激光性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 固体激光器概述 |
| 1.2 可见光激光研究进展 |
| 1.2.1 可见光激光应用概述 |
| 1.2.2 可见光激光获得方式 |
| 1.3 稀土离子掺杂可见光激光晶体 |
| 1.3.1 镨离子(Pr~(3+))掺杂激光晶体 |
| 1.3.2 铕离子(Eu~(3+))掺杂激光晶体 |
| 1.3.3 镝离子(Dy~(3+))掺杂激光晶体 |
| 1.4 基质材料选择 |
| 1.5 研究思路及研究内容 |
| 1.5.1 研究思路 |
| 1.5.2 研究内容 |
| 第2章 晶体生长与性能表征 |
| 2.1 晶体制备及加工 |
| 2.1.1 坩埚下降法(Bridgman method) |
| 2.1.2 温度梯度法(Temperature Gradient method) |
| 2.1.3 晶体加工 |
| 2.2 测试表征 |
| 2.2.0 密度测试 |
| 2.2.1 电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES) |
| 2.2.2 X射线衍射(X-ray powder diffraction) |
| 2.2.3 X射线光电子能谱分析 |
| 2.2.4 吸收光谱测试 |
| 2.2.5 发射光谱测试 |
| 2.2.6 激发光谱测试 |
| 2.2.7 荧光寿命测试 |
| 2.2.8 晶体显色色度坐标计算 |
| 2.2.9 荧光量子效率测试 |
| 2.2.10 激光实验 |
| 第3章 Pr,R (R=Y,Gd):CaF_2激光晶体的研究 |
| 3.1 X射线衍射 |
| 3.1.1 Pr:CaF_2 系列样品X射线衍射 |
| 3.1.2 Pr,R:CaF_2(R=Y或 Gd)系列样品X射线衍射 |
| 3.2 Pr:CaF_2 系列晶体光谱性能 |
| 3.2.1 吸收光谱 |
| 3.2.2 发射光谱 |
| 3.3 Pr,R (R=Y,Gd):CaF_2 系列晶体光谱性能 |
| 3.3.1 吸收光谱 |
| 3.3.2 发射光谱 |
| 3.3.3 荧光寿命 |
| 3.3.4 荧光量子效率 |
| 3.4 激光实验 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 Eu,Gd:CaF_2激光晶体的研究 |
| 4.1 X射线衍射 |
| 4.2 XPS测试 |
| 4.3 Eu:CaF_2 系列晶体光谱性能 |
| 4.3.1 Eu离子浓度对样品发光性能的影响 |
| 4.3.2 激发波长对样品发光性能的影响 |
| 4.3.3 Eu:CaF_2 晶体温度猝灭分析 |
| 4.4 Eu,Gd:CaF_2 系列晶体光谱性能 |
| 4.5 Eu~(3+)离子发光中心研究 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 Dy,Gd:CaF_2激光晶体的研究 |
| 5.1 X射线衍射 |
| 5.2 Dy:CaF_2 系列晶体光谱性能 |
| 5.2.1 发射光谱 |
| 5.2.2 荧光寿命 |
| 5.3 Dy,Gd:CaF_2 系列晶体光谱性能 |
| 5.3.1 激发光谱 |
| 5.3.2 发射光谱 |
| 5.3.3 荧光寿命 |
| 5.4 Gd~(3+)与Dy~(3+)离子间能量传递效应研究 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（10）含孤立B-O基元的碱土金属硼酸盐的设计、合成及溴硼酸钾晶体生长工艺的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光学晶体材料 |
| 1.2.1 线性光学晶体材料 |
| 1.2.2 非线性光学晶体材料 |
| 1.3 硼酸盐的结构化学 |
| 1.4 硼酸盐功能材料的研究现状 |
| 1.4.1 硼酸盐非线性光学材料 |
| 1.4.2 硼酸盐双折射材料 |
| 1.4.3 硼酸盐光催化材料 |
| 1.4.4 硼酸盐荧光材料 |
| 1.5 硼酸盐设计合成及结构计算理论 |
| 1.5.1 阴离子基团理论 |
| 1.5.2 路易斯酸碱理论 |
| 1.5.3 离子(共)替代理论 |
| 1.5.4 密度泛函理论 |
| 1.6 本论文的设计思路 |
| 1.7 本论文的研究内容和创新点 |
| 1.7.1 本论文的研究内容 |
| 1.7.2 本论文的创新点 |
| 第二章 晶体生长方法、性能表征及理论计算 |
| 2.1 晶体生长方法 |
| 2.1.1 熔体法 |
| 2.1.2 溶(熔)液法 |
| 2.1.3 气相法 |
| 2.2 性能表征 |
| 2.2.1 单晶结构测定 |
| 2.2.2 粉末X射线衍射 |
| 2.2.3 红外光谱 |
| 2.2.4 紫外－可见－近红外漫反射和透过光谱 |
| 2.2.5 差热－热重分析 |
| 2.2.6 元素分析 |
| 2.2.7 折射率测试 |
| 2.3 理论计算 |
| 2.3.1 第一性原理计算 |
| 2.3.2 键价计算 |
| 2.4 实验试剂和仪器 |
| 第三章 化合物PMBO、PCBO和 PMCBO的合成、晶体结构及性能表征 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 PMBO、PCBO和 PMCBO的合成 |
| 3.2.1 PMBO、PCBO和 PMCBO的单晶制备 |
| 3.2.2 PMBO的多晶粉末的合成 |
| 3.3 PMBO、PCBO和 PMCBO晶体结构测定 |
| 3.4 PMBO、PCBO和 PMCBO晶体结构描述 |
| 3.5 晶体结构对比 |
| 3.6 差热－热重分析 |
| 3.7 红外光谱和光学性质 |
| 3.8 理论计算 |
| 3.9 小结 |
| 第四章 化合物LMBO的合成、晶体结构及性能表征 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 LMBO的合成 |
| 4.2.1 LMBO的单晶制备 |
| 4.2.2 LMBO的多晶粉末合成 |
| 4.3 LMBO晶体结构测定 |
| 4.4 LMBO晶体结构描述 |
| 4.5 晶体结构对比 |
| 4.6 差热－热重分析 |
| 4.7 红外光谱 |
| 4.8 小结 |
| 第五章 KBOB晶体生长及光学性质研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 KBOB无铅助熔剂体系的探索及晶体生长 |
| 5.2.1 单晶生长炉的设计组装及温度梯度测试 |
| 5.2.2 助熔剂的探索 |
| 5.2.3 晶体生长 |
| 5.2.4 透过光谱 |
| 5.3 含铅体系的KBOB晶体生长 |
| 5.4 生长的KBOB晶体的元素分析 |
| 5.5 KBOB晶体折射率及相位匹配角的研究 |
| 5.5.1 晶体折射率基础理论 |
| 5.5.2 棱镜耦合法折射率测试 |
| 5.5.3 变温折射率测试 |
| 5.5.4 KBOB晶体相位匹配特性 |
| 5.6 小结 |
| 第六章 全文总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间论文发表及获奖情况 |
| 致谢 |
四、研制超高功率激光系统所需的优质大尺寸钛宝石晶体(Ti~(3+)∶Al_2O_3)（论文参考文献）
- [1]稀土掺杂氟化钇钡激光晶体生长及性能研究[D]. 王新宇. 长春理工大学, 2021(01)
- [2]翠绿宝石全固态激光器研究[D]. 关晨. 山东大学, 2021(11)
- [3]掺铒钇镓石榴石晶体生长及其激光性能研究[D]. 尤丽. 山东大学, 2021(11)
- [4]超宽光谱飞秒激光的产生、放大及载波包络相移控制研究[D]. 蒋建旺. 西安电子科技大学, 2020
- [5]新型Nd:SrLaAlO4晶体的激光特性测量及在甲烷检测中的应用研究[D]. 董璐璐. 山东科技大学, 2020
- [6]无序结构Tm，Ho：GAGG和Er，Yb：CGA晶体的生长和性能研究[D]. 刘岳. 山东大学, 2020(10)
- [7]稀土离子Nd3+/Pr3+掺杂CaF2透明陶瓷的制备与光谱性能调控[D]. 易果强. 武汉理工大学, 2019(01)
- [8]掺钕铝酸钆钇和掺镱铝酸钆钇激光晶体生长及性能研究[D]. 汪瑞. 暨南大学, 2019(03)
- [9]Re（Pr,Eu,Dy）：CaF2晶体光谱与可见光激光性能研究[D]. 于浩. 中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所), 2019(03)
- [10]含孤立B-O基元的碱土金属硼酸盐的设计、合成及溴硼酸钾晶体生长工艺的研究[D]. 周晨. 新疆大学, 2019(11)