镱离子光钟的多波长数字PID激光稳频系统

针对镱离子光钟实验中激光冷却并操控离子时,激光器频率漂移影响原子钟系统的问题,基于数字PID控制方法,设计了一种新的多通道频率-数字信号转换稳频方法,将多路多波长激光频率锁定在波长计的参考频率上。对激光器锁定前和锁定后的频率进行一定时长的数据采集及数据对比,激光频率漂移由800 MHz控制在±0.8 MHz,激光频率稳定度由9.29×10^(-10)@1 s优化至2.79×10^(-10)@1 s,频率千秒稳达到3.85×10^(-12)。该系统简单、易实现,具有小型化、适应性强的优点。

镱离子掺杂高硅氧玻璃的制备和光谱性质研究

通过对掺杂离子多孔玻璃的低温烧结，制备了掺镱高硅氧玻璃和镱铝共掺高硅氧玻璃。得到了掺镱高硅氧玻璃和镱铝共掺高硅氧玻璃的吸收光谱，荧光光谱，荧光寿命，受激发射截面和最小泵浦功率，研究了他们的主要光谱性质。通过对比发现镱铝离子共掺高硅氧玻璃比掺镱高硅氧玻璃具有更好的光谱性质。铝离子的掺入对稀土掺杂玻璃光谱性质的改善可能是由于铝对稀土离子周围环境的影响，而不是简单的物理分散。

氯化物熔体中镱离子在铁电极上的电还原

The line scanning voltammetry was used to study the electrochemical reaction of Yb(Ⅲ) in NaCl-KCl equimolar mixture on the Fe cathode. It was found that the reduction of Yb(Ⅲ) to yb(Ⅱ ) was realized on Fe electrode in the first step. Yb(Ⅱ ) was then reduced and formed alloys with Fe. The diffusion coefficients of Yb(Ⅲ) and Yb(Ⅱ ) in NaCl-KCl were de-termined to be 2.0× 10-5cm2. s- 1 and l .1 × 10-5cm2’s- 1 at 760 ℃, respectively. The diffusion activation energy of Yb(Ⅲ ) was 66.0kJ ’mol-1.

基于端帽阱的镱离子光钟的系统设计及研究进展

随着飞秒光梳和超稳激光技术的发展,无论是基于晶格原子还是离子的光钟,因其不确定度指标已超越复现国际单位制秒定义的铯原子喷泉钟,而成为下一代秒定义最具影响力的候选方案。相较于探测原子数目较大而在稳定度占优势的光晶格钟,离子光钟受到的环境扰动更小因而准确度更高。镱离子光钟拥有两条成为次级秒定义的钟跃迁谱线,且囚禁时间长达数月,其八极跃迁谱线自然线宽在nHz量级。另外,镱离子的冷却、重泵、探测等激光均可通过半导体激光器直接获得,镱离子光钟系统具有更好的应用前景。本文着重介绍中国计量科学研究院搭建的镱离子光钟的物理和光学系统,采用端帽阱囚禁单离子,各频率激光通过光频梳实现锁定。

基于MCM-41分子筛表面的镱离子印迹聚合物的制备及其性能

运用离子印迹技术,以3-氯丙基三乙氧基硅烷为锚定剂,将功能单体直链聚乙烯亚胺(PEI)接枝在MCM-41分子筛表面,选择镱离子作为模板离子,以环氧氯丙烷交联制备出基于MCM-41表面的镱离子印迹聚合物Yb(Ⅲ)-ⅡP-PEI/MCM-41,并以同样的方法制备非离子印迹聚合物(NIP-PEI/MCM-41)。利用傅里叶变换红外光谱仪和扫描电子显微镜等技术手段对Yb^(3+)印迹聚合物进行表征,采用静态吸附法确定了Yb(Ⅲ)-ⅡP-PEI/MCM-41对Yb^(3+)的最佳吸附条件及选择性吸附性能。结果表明,Yb(Ⅲ)-ⅡP-PEI/MCM-41和NIP-PEI/MCM-41的最大吸附量分别为229. 93和99. 27 mg/g;印迹材料对Yb^(3+)的吸附符合Langmuir模型;吸附平衡在40 min的时候基本可以达到,可以利用准二级动力学模型来描述其吸附过程; Yb(Ⅲ)-ⅡP-PEI/MCM-41对Yb^(3+)具有较强的选择性,同时也具有很好的重复使用性能。成功地将MCM-41和离子印迹聚合物的优点结合起来,制备出一种对稀土Yb离子既有高吸附量又有高选择性的吸附材料,为进一步将其应用在处理实际废水,分离回收低浓度稀土废水中的稀土元素等方面打下了基础。

螺旋藻对模拟矿山废水中稀土镱离子的吸附性能

通过Zarrouk培养液获得了螺旋藻,并以其为生物质吸附剂,对模拟矿山废水中稀土镱离子的吸附性能进行研究.通过单道扫描电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)、扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、多功能成像电子能谱仪(XPS)等分析方法对螺旋藻的结构和吸附性能进行研究.通过Freundlich,Langmuir,Redlich-Peterso和Dubinin-Radushkevich等温吸附模型,以及伪一级、伪二级、Elovich方程和颗粒内扩散动力学模型,对该过程的吸附动力学和热力学规律进行探讨,以了解该吸附过程的机理.结果表明:当被处理液的pH值为5、螺旋藻的剂量为2.0 g/L、初始镱离子浓度为100 mg/L和吸附时间为60 min时,螺旋藻对模拟矿山废水中的稀土镱离子的吸附去除率为77%,且解吸附率可达到92.3%,表明螺旋藻的吸附速率快、吸附效果较为理想.研究表明:该过程的吸附动力学行为符合伪二级动力学模型(R^2>0.99),主要受化学吸附控制;且吸附等温线能较好用Langmuir方程进行模拟(R2>0.99),属于自发吸热型吸附过程.

基于电四极跃迁的单个^(171)Yb^(+)离子光钟研究

高精度光钟在时间频率计量,相对论大地测量和基本物理规律检验方面有着重要的科学意义和应用前景。在众多的光钟参考体系中,^(171)Yb^(+)离子拥有两条已成为次级秒定义的非磁敏跃迁谱线,其中电八极跃迁谱线的自然线宽低至nHz水平。同时,^(171)Yb^(+)离子的囚禁时间长,相关激光器方案简单紧凑,因而在研制高精度,小型化的离子光钟方面具有独特的优势。本文主要介绍基于单个^(171)Yb^(+)离子电四极跃迁的光钟研究进展,包括相应的激光稳频,离子囚禁与冷却实验。利用窄线宽的435.5 nm激光探询^(171)Yb^(+)离子的^(2)S_(1/2)(F=0,mF=0)→^(2)D_(3/2)(F=2,mF=0)跃迁,在20 ms的Rabi探询时间下获得接近Fourier极限的41Hz线宽钟跃迁参考谱线。在此基础上实现国内首台^(171)Yb^(+)离子光钟的闭环锁定,并利用自比对的方法评估出该光钟的频率稳定度约为1.3×10^(-14)/√τ/s,为研制精度在10^(-18)水平的小型化可搬运^(171)Yb^(+)离子光钟奠定基础。

掺镱双包层脉冲光纤放大器的特性研究(英文)

在高频及低频脉冲种子光的情况下讨论了掺镱双包层光纤放大器的输出特性.在有限差分法中,对于不同重复频率的脉冲种子光,需要设置不同的初始条件以快速计算得到稳定输出.本文给出了在高频和低频情况下设置初始条件的方法,并讨论了作为种子光的准连续高频高斯脉冲峰值功率与其等效连续光功率之间的关系,最后计算了种子光为高频及低频脉冲情况下的平均输出功率与泵浦功率的关系.

高能、超短脉冲、可调谐激光器用掺镱氟磷酸盐玻璃研究进展(英文)

Yb3+与其它稀土离子相比有最简单的能级结构,这使它具有一些独特的性质,如避免激发态吸收,消除上转换和浓度猝灭等,因此它是高能输出激光器介质的理想掺杂离子。氟磷玻璃综合了氟化物玻璃和磷酸盐玻璃的优点,可降低磷酸盐的声子能量,改善其易吸湿性;提高氟化物玻璃的物理化学性能等,这使它成为稀土掺杂可调谐光纤激光器的很好的掺杂介质。众多研究表明,Yb3+掺杂氟磷玻璃是一种很有前途的激光工作物质。本文总结了Yb3+掺杂氟磷玻璃的特点,性质,结构及存在的问题。

电感耦合等离子体发射光谱法测定钇铝石榴石中掺杂Yb(Ⅲ)离子

采用碳酸钠-硼砂(质量比1∶1)做熔剂分解钇铝石榴石,并确定了熔剂的最优化条件。以电感耦合等离子体光谱法对样品中掺杂Yb(Ⅲ)离子作了定量检测。考察了样品和熔剂中单个基体和混合基体对分析结果的影响,发现单个基体Y对Yb的测定有增强效应,基体Al对Yb的测定有一定的抑制作用;基体对Yb测定的干扰可通过基体匹配进行消除。元素的检出限为2μg／L,标准加入回收率为88%～100%。实际样品7次检测的RSD为2.1%。本方法可以较好地满足实际样品分析的需要。

氯化物熔体中镱铜中间合金的形成和电解制备

利用线性扫描伏安法研究了Ｙｂ（Ⅲ）在等摩尔ＮａＣｌＫＣｌ熔体中Ｃｕ电极上还原的电化学行为及扩散系数。结果表明：Ｙｂ（Ⅲ）第一步可逆还原为Ｙｂ（Ⅱ），Ｙｂ（Ⅱ）进一步还原并与Ｃｕ形成合金：Ｙｂ３＋＋ｅ＝Ｙｂ２＋，Ｙｂ２＋＋２ｅ＋ｎＣｕ＝ＹｂＣｕｎ。测定了Ｙｂ（Ⅲ）和Ｙｂ（Ⅱ）在９７３ＫＮａＣｌＫＣｌ熔体中的扩散系数分别为１．５×１０－５和１．０×１０－５ｃｍ２·ｓ－１。用自耗阴极法在１１２３Ｋ，阴极电流密度２０Ａ·ｃｍ－２。

掺Yb^(3+)离子的激光晶体

b3+离子能级结构简单 ,只有2 F5/2 和2 F7/2 两个能级 ,可发射 1.0 5 μm的激光。光 光转化效率高 ,不会产生激发态吸收和交叉弛豫 ,在 94 0nm有较强吸收 ,适宜InGaAs激光二极管泵浦。选择合适的基质 ,可产生自倍频可见激光。

掺镱激光玻璃的研究与发展

介绍了掺镱激光玻璃的特点、光谱性质和激光性能的表征方法,评述了10余年来国内外有关玻璃成份对光谱性质的影响和激光性能测试结果,总结了近几年来作者在该领域的研究进展。

掺镱石英光纤中Yb^(3+)掺杂机理的研究

根据疏松层被溶液浸润过程中所发生的现象,利用孔隙介质中液相渗流模型对Yb3+在疏松层内掺杂的微观机理进行了解释。比较了3种不同温度制备的疏松层中镱离子的掺杂效果,探讨了吸附时间和搅拌速度对吸附效果的影响,分析了3种疏松层对镱离子吸附效果差异的原因,为更好地应用溶液掺杂法制备掺镱光纤奠定了基础。

掺镱TeO_2-Al_2O_3-Cs_2O玻璃的光谱性质

采用熔融法制备了一种组分为80TeO2-10Al2O3-10Cs2O-xYb2O3(x=0～1.6)(mol%)的掺镱碲酸盐玻璃材料,测试了该玻璃材料的密度、热膨胀系数和折射率随波长的变化关系,分析了其吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命随Yb3+浓度的变化性质.利用McCumber理论计算了该玻璃系统中Yb3+离子从2F5/2到2F7/2能级跃迁的受激发射截面.实验表明:当Yb2O3掺杂量为1mol%时,Yb3+在1 004nm波长处的发射截面为1.06×10-20 cm2,荧光有效线宽为89.6nm,荧光寿命达到最大值为0.80ms.激光性能评价结果表明,该掺镱碲酸盐玻璃是实现超短脉冲激光的候选材料之一.

镱钠共掺氟化钙锶混晶近红外光谱与激光参数

研究了15%Yb,20%Na∶CaF_(2)-SrF_(2)混晶(Yb,Na∶CaF_(2)-SrF_(2),CaF_(2)∶SrF_(2)=1∶1)的近红外光谱和激光参数特性。研究显示,Yb,Na∶CaF_(2)-SrF_(2)混晶在974 nm处吸收带宽为22 nm,吸收系数为13.09 cm^(-1),吸收截面为0.31×10^(-20) cm^(2)。Yb^(3+)离子在CaF_(2)-SrF_(2)基质中主发射峰中心波长位于1010 nm,肩峰中心波长位于1036 nm,发射带宽为56 nm,在^(2)F_(5/2)→^(2)F_(7/2)能级之间跃迁对应的荧光寿命为228μs。采用激发波长980 nm时,1010 nm处发射截面为6.52×10^(-20) cm^(2)、1036 nm处发射截面为4.11×10^(-20) cm^(2),分别是915 nm激发时的1.49倍与1.68倍;实现激光输出波长1036 nm处达到布居反转时所需要激发的激活粒子数的最小分数β_(min)为0.34%,在零声子线974 nm处的饱和泵浦功率密度I_(sat)为290.58 kW·cm^(-2)。上述结果表明,Yb,Na∶CaF_(2)-SrF_(2)混晶在近红外波段高能量激光系统中具有潜在应用前景。

类He的Y离子双电子复合计算

采用准相对论的多组态Hartree-Fock(HFR)方法计算了类Li的Y离子(Z=39)的能级和振子强度,并且通过采用扭曲波方法计算自由电子的波函数,我们得到了由类He的基态到类Li的双激发态的自电离几率和双电子复合系数。在计算中,相对论质量—速度和Darwin修正都包含在哈密顿中。为了便于等离子体细致能级占据数密度的动力学计算,我们用一个解析表达式来表示作为自由电子温度函数的双电子复合速率系数,这个表达式精确地描写了从类He的基态到类Li的单激发态的双电子复合。

OH^-对磷酸盐铒玻璃光谱性质的影响

本文系统研究了 Yb3 + 、Er3 + 共掺磷酸盐铒玻璃中 OH- 含量与铒玻璃荧光寿命和光谱性质的关系 .结果表明 OH- 基团的存在使得 Er3 + 离子的荧光强度显著降低 ,荧光寿命大大缩短 .比较了三种不同 Al2 O3 含量 ( 5mol% ,8mol%和 1 3 mol% )的铒玻璃在 2 .9μm波长处的红外吸收系数与铒离子荧光寿命的关系 ,发现玻璃中 OH- 在 2 .9μm的吸收系数和 Er3 +的4 I13 / 2 能级离子衰减速率成线性关系 ,不同 Al2 O3 含量的玻璃具有不同 Er3 + 和 OH- 基团的相互作用参量和不同的荧光寿命值及量子效率 .并从玻璃结构上解释了 Al2 O3 含量对除水机制和光谱性质的影响 .经过充分除水后的铒玻璃荧光寿命可达到 9.1

共掺杂的二氧化锆纳米材料中Yb^(3+)和Tm^(3+)上转换发光

用共沉淀法制备了二氧化锆掺Yb3+ 和 0 2 (0 4 ,1)mol%Tm3+ 的纳米材料 ;用发射波长为 980nm的激光激发样品 ,测量了掺 0 2mol%Tm3+ 的纳米材料在不同退火温度下的上转换光谱 ;测量了在相同退火温度、不同泵浦电流下的上转换发射光谱 ;并研究了蓝色上转换发射的过程。

掺Yb^(3+)激光晶体的研究进展

本文简要介绍了掺Yb3+ 激光晶体的发展历史 ;从Yb3+ 离子的能级结构出发 ,阐述了掺Yb3+激光材料的特点 ,介绍了几种掺Yb3+ 激光晶体的光谱特性 ,简述了近年来掺Yb3+ 激光晶体激光性能的研究进展 ;对掺Yb3+ 激光晶体未来的发展做了展望。