全息法研究Mg∶In∶LN晶体波导基片的光损伤

在 L N中掺进 x(Mg O) =3%和 x(In2 O3) =1%、2 % ,用 Czochralski法生长 Mg∶ 1% In∶ L N和 Mg∶2 % IN∶ L N晶体。以光斑畸变法测试晶体光损伤阈值 ,通过质子交换技术 (PE)制备 L N和 Mg∶ In∶ L N晶体光波导基片 ,用全息法研究晶体波导基片的光损伤。结果表明 ,PE∶ Mg∶ 1% In∶ L N的光损伤阈值比 PE∶ L N提高 2个数量级以上 ,PE∶ Mg∶ 2 % In∶ L N的光损伤阈值比 PE∶ L N提高 3个数量级以上。

Hf:Fe:LN晶体生长与光折变性能的研究

原料采用在Fe(0.03%,质量分数)∶LN中掺进摩尔分数为(1%、2%、4%、5%)的HfO2,再次采用提拉法生长Hf∶Fe∶LN晶体。抗光损伤阈值测试表明,Hf(5%,摩尔分数)∶Fe∶LN晶体抗光损伤能力比Hf(1%,摩尔分数)∶Fe∶LN晶体提高2个数量级以上。以二波耦合光路测试晶体的衍射效率,写入时间和擦除时间,并计算出光折变灵敏度和动态范围。结果表明,Hf∶Fe∶LN晶体全息存储性能优于Fe∶LN晶体。

Mg:Ce:Fe:LN晶体的生长及位相共轭分析

在Ce:Fe:LN中掺进不同摩尔分数(0,2%,4%,6%)的MgO首次以提拉法生长Mg:Ce:Fe:LN晶体,并对晶体进行极化、氧化和还原处理。测试晶体的吸收光谱和光损伤阈值。Mg:Ce:Fe:LN晶体吸收光谱吸收边相对Ce:Fe:LN晶体发生紫移。Mg:Ce:Fe:LN晶体光损伤阈值比Ce:Fe:LN晶体增大,研究了Mg:Ce:Fe:LN晶体吸收边移动机理和光损伤阈值增加机理。采用4波混频光路测试Mg:Ce:Fe:LN晶体位相共轭反射率和响应时间,Mg:Ce:Fe:LN晶体位相共轭反射率相对Ce:Fe:LN晶体降低,但响应速度增加。以x(Mg)2%(摩尔分数):Ce:Fe:LN晶体位相共轭镜消除信号光波的位相畸变。

Cu:Fe:LN晶体光折变性能的研究

在Fe∶LN晶体中掺进不同质量分数(0.08%、0.12%、0.16%)的CuO以提拉法生长Cu∶Fe∶LN晶体,对晶体进行极化,还原或氧化处理后,对晶体的抗光致散射能力,衍射效率,写入时间和擦除时间进行了测试,计算光折变灵敏度和动态范围。结果表明,Cu∶Fe∶LN晶体全息存储性能优于Fe∶LN晶体。以Cu∶Fe∶LN晶体中Cu作为深能级,Fe作为浅能级,可实现双光子全息存储,且衍射效率不随时间发生变化。

Sc_x:Fe_y:Cu_z:LN晶体的生长及非挥发性全息存储的研究

本文首次采用Czochralski法生长优质的Scx:Fey:Cuz:LN(x=0,1%,2%,3%,3.5%,y=0.1%,z=0.06%)晶体。测试了晶体抗光致散射能力,以二波耦合光路测试晶体的衍射效率、写入时间和擦除时间,计算光折变灵敏度和动态范围。结果表明:Sc(2mol%):Fe:Cu:LN和Sc(3mol%):Fe:Cu:LN晶体抗光致散射能力比Fe:Cu:LN晶体高两个数量级以上,Scx:Fey:Cuz:LN晶体的写入速度、光折变灵敏度和动态范围等全息存储性能优于Fe:LN晶体。首次采用氪离子激光(482.0nm,蓝光)作开关光,氦氖激光(632.8nm,红光)做记录光,以Sc:Fe:Cu:LN晶体作为双光子全息存储记录介质,实现了双光子全息存储固定(非挥发性全息存储)。

弱近红外光诱导LN晶体光折变现象调制度的实验研究

利用毫瓦级的近红外光辐照掺铟铁铌酸锂晶体,在晶体中发生了光折变效应,通过单马赫-曾德干涉仪的条纹摆动幅度测得了掺铟铁铌酸锂晶体的变化量△n可以达到10-4数量级,并对实验数据进行了数值模拟,得到了折射率变化图;在理论上,利用倍频理论成功的解释了近红外光折变现象,并对折射率变化量进行了数值模拟。可以发现,实验和理论得到了很好的符合。

倍频、自倍频光学超晶格LN、LT晶体及应用研究

光学超晶格是根据准位相匹配原理设计出的具有人工调制结构的非线性光学材料,其特点是可以利用晶体的最大非线性系数在晶体的全透光波段实现激光的高效变频。由于其所具有的高增益、低阈值和易于实现相位匹配的特点,近十多年受到激光与光电子技术领域的格外重视,竞争也十分激烈。 本课题组是国际上最早进行光学超晶格理论与实验研究的研究组之一,从70年代末开始一直坚持不懈地工作在这一领域并先后得到国家自然科学基金、攀登计划、“863”计划等课题资助,取得了一批有国际领先水平的研究成果。

LN晶体的激光损伤研究

测量了LN晶体的表面和体损伤阈值,以及重复频率脉冲的积累效应.研究了晶体中的非线性吸收过程.分析了损伤机理,发现在表面和体内都会发生多光子吸收,并且是引起晶体破坏的根源.造成宏观破坏的原因在体内是应力炸裂,在表面是热烧蚀热熔化和等离子体抛射.

Y_2O_3纳米晶体中Ln^(3+)(Ln=Tb,Tm,Eu)发光浓度猝灭及能量传递的研究

采用燃烧法制备了不同Ln3+(Ln=Tb,Tm,Eu)掺杂浓度和不同粒径的Y2O3∶Ln纳米晶体粉末样品,并通过高温退火获得了相应掺杂浓度的体材料样品。测量了纳米和体材料样品的发射光谱、XRD谱并拍摄了不同粒径样品的TEM照片。研究了纳米Y2O3∶Ln晶体粉末中发光中心的浓度猝灭现象和不同发光中心之间的能量传递行为。研究发现,在Y2O3纳米晶体粉末中,Tb3:5D4→7F5和Eu3+:5D0→7F2发光的浓度猝灭与体材料中相似,而Tb3+:5D3→7F5和Tm3+:1D2→3H4发光的猝灭浓度明显高于体材料。这是因为纳米微晶的界面会阻止能量传递的进行,产生较强的尺寸限制效应,抑制发光材料中发光中心之间能量传递的进行,但不同类型的能量传递对粒径尺寸变化的依赖关系不同。尺寸限制效应对长程相互作用类型的能量传递(如电偶极-电偶极相互作用)的抑制作用明显,对短程相互作用类型的能量传递(如交换相互作用)的影响较小。

Mg^(2+)对Ce:Fe:LiNbO_3晶体光折变性能的作用和影响

在Ce(0 .1wt %)∶Fe(0 .08wt %)∶LN中掺进摩尔分数为(0 .2 %,0 .4 %,0 .6 %)的MgO,采用提拉法生长Mg∶Ce∶Fe∶LN晶体.测试晶体的吸收光谱,Mg∶Ce∶Fe∶LN晶体的吸收边相对Ce∶Fe∶Li NbO3晶体发生紫移,Mg(6 %)∶Ce∶Fe∶LN晶体OH-吸收峰移到3 532 cm-1,研究OH-吸收峰移动机理.以二波耦合光路测试Mg∶Ce∶Fe∶LN晶体的指数增益系数和响应时间,发现Mg∶Ce∶Fe∶LN晶片厚度减小时指数增益系数显著增加.首次采用光爬行效应解释指数增益系数增加机理.

Mg:Er:LiNbO3晶体波导基片抗光损伤的研究

以Czochralski技术生长Mg(2mol%):Er(1mol%):LN,Mg(4mol%):Er(1mol%):LN,Mg(6mol%):Er(1mol%):LN,Mg(8mol%):Er(1mol%):LN和Er(1mol%):LN晶体.测试了Mg:Er:LiNbO3晶体的红外光谱,Mg(2mol%):Er:LN,Mg(4mol%):Er:LN OH-吸收峰在3486cm-1附近,Mg(6mol%):Er:LN和Mg(8mol%):Er:LN晶体OH-吸收峰移动到3535cm-1附近,对Mg:Er:LN晶体OH-吸收峰移动机理进行研究.采用m线法测试Mg:Er:LN晶体光损伤阈值.Mg(6mol%):Er(1mol%):LN和Mg(8mol%):Er:LN晶体光损伤阈值比Er:LN晶体提高两个数量级以上.Mg(2mol%):Er:LN和Mg(4mol%):Er:LN晶体比Er(1mol%):LN晶体提高一个数量级.

晶体半波电压测量方法

提出了测量LN晶体半波电压的两种具体方法——极值法和倍频法,并从理论上进行了推导,构建了LN晶体半波电压的测量系统.经过实际测量,得到了LN晶体的半波电压,并对两种方法的优缺点进行了比较.

1kHz窄脉宽高峰值功率MgO∶LN电光腔倒空Nd∶YAG激光器

报道了一种1kHz窄脉冲宽度、高峰值功率的电光腔倒空1 064nm全固态激光器.该激光器采用808nm脉冲LD侧面泵浦Nd:YAG晶体棒的双凹型折叠谐振腔结构和同步延迟MgO∶LN晶体横向加压式电光腔倒空技术,通过优化设计谐振腔结构,在脉冲重复频率200Hz时,获得了最大单脉冲能量46.7mJ、脉冲宽度4.06ns、峰值功率11.50MW的1 064nm脉冲激光稳定输出,脉冲宽度和能量的峰峰值不稳定度分别为±1.52%和±2.02%;在1kHz时,最大单脉冲能量达到18.3mJ,脉冲宽度5.02ns,峰值功率3.69MW,脉冲宽度和能量的峰峰值不稳定度分别为±2.75%和±3.52%,激光束因子为3.849和3.868,远场发散角为3.46mrad和3.55mrad,束腰直径为1 508.84μm和1 477.30μm.

近化学计量比铌酸锂晶体生长技术攻关

中国科学院上海硅酸盐研究所自70年代初就开展了LN晶体的研究工作，是国内最早开展LN晶体研究的科学机构。“浮称法自动等径大尺寸LN晶体的生长技术”于1983年通过中国科学院技术鉴定。80年代以来，又先后开展了LN晶体结构缺陷。掺杂LN全息照相记录介质的研究以及光学级LN晶体的生长工艺探索。先后获得中科院自然科学一等奖，中科院科技进步二等奖等国家和省部级奖励4项。九五期间，我所承担的863计划“三维全息光折变存储材料及应用研究”生长出一系列用于光存储的双掺杂LN晶体，并取得一系列有关LN晶体生长技术方面的专利成果。SLN晶体生长技术和批量生产技术攻关作为重点项目于2001年初就已经列入上海硅酸盐所“十五”发展计划中。获得了所创新基金250万元的支持。

片光法构造缺陷态光折变光子晶格

实验上利用四孔的掩膜和柱透镜成功的在LN晶体中构造了不同类型的缺陷态光折变光子晶格,发现当缺陷的写入角度与c轴垂直时,写入的缺陷最好,平行时最差,并描绘了折射率随时间变化曲线,发现写入时间为40分钟时为最佳写入时间。推导了四孔掩膜的电磁场分布并在理论上模拟了四孔掩膜和柱透镜的空间光场分布,验证了此方法的可行性,这对缺陷态光子晶格的研究和应用有一定的意义。

高能电光调Q Cr,Tm,Ho∶YAG激光器

研究了室温运转灯泵电光调Q Cr,Tm,Ho∶YAG激光器的激光输出特性。选用高损伤阈值的掺镁LN晶体作为调Q晶体,并采用λ/4波片和平面镜组合的方式对热退偏效应进行补偿,从而实现了室温下电光调Q Cr,Tm,Ho∶YAG激光器大能量输出。在冷却水温为22℃,重复频率为1 Hz,泵浦能量为200 J的条件下,得到了单脉冲能量443 mJ,脉宽90 ns的调Q输出。理论分析了λ/4波片对热退偏效应的补偿效果,实验测量和分析了偏振片、LN晶体等调Q器件的插入损耗,并分析了激光器输出能量对重复频率的依赖现象。

二维网状光折变光子晶格的构造与研究

利用交叉相位法,辐照两个带有15个孔相互正交的振幅掩膜,成功地在LiNbO3∶Fe晶体中构造了二维网状光折变光子晶格。分析了掩模孔间距、写入时间及入射角度等实验条件对写入光子晶格的影响。分别推导了两个掩膜的空间电磁场分布并在理论上进行了叠加和数值模拟,结果和实验符合的很好,这对光子晶格的应用和研究有一定的意义。

反射式小型光学电场传感器

为了同时实现对直流电场、交变电场和瞬态电场的测量,通过琼斯矩阵计算,建立基于泡克尔效应的反射式光学电场传感探头的理论传感模型,分析铌酸锂晶体长度、晶体切型、温度以及封装应力对探头传感性能的影响.制备尺寸Φ5 mm×80 mm,理论电场测量范围为±439.2 kV/m的反射式小型光学电场传感探头,搭建相关的电场传感系统并表征传感探头在10~5000 Hz交变电场、直流场、8.2~12.4 GHz高频微波场下的传感性能.实验结果表明,该光学电场传感器在直流−12.4 GHz电场频率范围内具有较好的电场响应,在无外加电场时长时间内信号漂移量小于0.08‰,分辨力至少为3 V/m,实际可测量范围为10−3~102 kV/m,有望应用于高功率微波探测和电力系统领域的直流、ms级及ns级暂态电场监测.