基于实验参数的Dy^(3+),Na^(+):PbGa_(2)S_(4)中红外激光理论研究

基于加工出的Dy^(3+),Na^(+):PbGa_(2)S_(4)晶体元件的吸收光谱测试以及Judd-Ofelt理论计算数据,通过互易法计算出各发光能级间的荧光吸收与发射截面.通过测试与计算得到的数据,数值模拟了采用1.3μm和1.7μm泵浦源直接抽运Dy^(3+),Na^(+):PbGa_(2)S_(4)晶体产生4.3μm中红外激光的实验方案.计算分析了激光功率、增益和吸收系数在晶体内的空间分布,分析比较了泵浦光功率、元件长度和输出镜反射率对输出功率的影响.模型中在光路中引入2.9μm级联激光振荡,以此抽运因为4.3μm发光堆积在能级^(6)H_(13/2)上的粒子数,发现其可以有效降低能级^(6)H_(11/2)到^(6)H_(13/2)跃迁的自终止效应,提高激光输出功率.计算结果表明:采用1.3μm和1.7μm泵浦源,当功率都为4 W时,最大的输出功率分别为103 mW和315 mW,斜率效率可达到2.8%和8.0%.数值模拟的结果对下一步晶体元件的改良加工以及光路搭建参数的选取提供了一定的指导意义.

三元PbBi_(2)S_(4)凝固生长与热电性能研究

三元PbBi_(2)S_(4)是一种具有本征低晶格热导率的潜力热电材料,但低的电传输性能制约了其热电性能。本工作利用Bridgman法制备了高质量的三元PbBi_(2)S_(4)晶体铸锭,由于减少晶界密度,降低晶界对载流子传输阻碍,电传输性能大幅度提升。通过优化生长条件获得不同质量的三元PbBi_(2)S_(4)晶体铸锭,最优加权载流子迁移率从多晶中15 cm^(2)/(V·s)提升到56 cm^(2)/(V·s),使三元PbBi_(2)S_(4)晶体铸锭的最大电导率和功率因子分别达到1049 S/cm和4.6μW/(cm·K^(2)),相比多晶PbBi_(2)S_(4)样品分别提高了850%和~64%。最终,PbBi_(2)S_(4)晶体铸锭的最大ZT值在773 K温度下达到0.61。结果表明,通过凝固生长高质量晶体铸锭能显著优化三元PbBi_(2)S_(4)化合物全温区热电性能。

直接泵浦中红外Dy∶PbGa_(2)S_(4)激光器研究进展

3~5μm中红外激光在光电对抗、激光医疗、有害气体探测等领域具有重要的应用。以稀土离子掺杂的晶体作为增益介质可实现中红外激光输出,其中镝掺杂硫镓铅(Dy∶PbGa_(2)S_(4),Dy∶PGS)晶体具有相对较低的声子能量和较大的电子能隙,是一种性能优良、具有潜在应用价值的中红外激光介质材料。本文综述了中红外Dy∶PGS固体激光器的研究进展,重点介绍了在不同波长泵浦下的连续或脉冲激光输出特性,并对其未来发展方向进行了探讨。

4.3μm级联振荡Dy:PbGa_(2)S_(4)高功率中红外激光的理论研究

数值模拟了基于级联振荡产生4.3μm高功率连续激光的Dy:PGS激光器。模拟了级联振荡Dy:PGS激光器实现稳定连续输出的全过程,计算给出了激光功率和粒子数密度在谐振腔内的空间分布,分析了泵浦光功率、晶体长度和输出镜反射率对4.3μm激光输出的影响。计算结果表明:级联振荡能有效去除Dy:PGS晶体的自终止效应,获得高功率、高效率的4.3μm激光输出;当1.7μm泵浦光功率为10 W时,4.3μm激光的输出功率可达2.535W,斜率效率为29%;晶体最佳长度区间为12~24mm,闲频光输出镜反射率越高越好,信号光输出镜反射率最佳区间为0.8~0.9。

NSO-X(X=Cl,F)晶体双折射性质的第一性原理研究

为了拓宽双折射晶体的探索范围,更为便捷地探索新型的双折射晶体,本文根据阴离子基团理论,参考了硼酸盐等性能优异的双折射晶体结构,从众多晶体中选择了结构类似、含有平面π共轭电子体系的N_(3)PS_(2)O_(2)Cl_(4)晶体和CN_(5)S_(5)O_(3)F晶体,对其晶体结构进行分析.其中N_(3)PS_(2)O_(2)Cl_(4)晶体主体部分为N_(3)PS_(2)六元环,而S_(4)N_(4)八元环为CN_(5)S_(5)O_(3)F晶体提供了共轭π键.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了其能带、态密度及双折射率等性质,结果表明,两种晶体在特定波段的双折射率大于0.1,存在成为优异双折射晶体的可能,其中CN_(5)S_(5)O_(3)F晶体由于优异的各向异性使得其双折射性质更为突出.本文在不进行大量艰难的晶体生长实验的条件下,评估这两晶体是否适合作为双折射晶体,提供了一种根据晶体结构探索新型双折射晶体的便捷方法.