高平均功率固态激光器的实验研究

高平均功率固态激光器在先进制造业和激光武器等领域有重要应用。本文从激光工作物质激活离子的选择、基质的不同对激光器性能的影响等方面来进行研究,得到Yb:LuAG晶体是一种应用于高平均功率激光器中更具潜力的增益介质的结论。通过该研究,学生在掌握了激光器相关知识的基础上,培养了科研能力和创新思维。

ZnSe为基质材料掺杂的中红外固体激光器的技术发展

本文总结了目前可实现中红外激光输出的技术途径,介绍了各种类型中红外激光器的优缺点,重点分析了以ZnSe为基质材料掺杂的中红外固体激光器实现的技术途径,以及在国际上处于技术领先水平的几个实际系统,并对中红外激光器的技术现状和未来发展趋势进行了展望。

Nd∶YAG激光透明陶瓷的研究进展

作为新一代固体激光增益介质,Nd∶YAG透明陶瓷以容易制造、成本低、易于实现大尺寸生产等优势,正逐步取代单晶和玻璃材料,应用前景十分广阔。从Nd∶YAG透明陶瓷光学质量的提升、激光输出特性以及实现Nd∶YAG透明陶瓷高功率激光输出3个方面,分别回顾并总结了我国、日本、美国、欧洲和俄罗斯关于Nd∶YAG激光透明陶瓷的研究进展,并概述了我国及日本关于复合结构及共掺杂Nd∶YAG透明陶瓷的发展情况。最后总结并展望了当前Nd∶YAG激光透明陶瓷的发展趋势和存在的主要问题。

La^(3+)对MgAl_(2)O_(4)透明陶瓷致密化过程、光学及力学性能的影响

镁铝尖晶石(MgAl_(2)O_(4))透明陶瓷具有优异的光学和力学性能,在防弹装甲窗口、高马赫整流罩等方面得到了大量的应用。为实现MgAl_(2)O_(4)透明陶瓷的致密化,一般需要相对较高的烧结温度,然而高的烧结温度会导致陶瓷晶粒生长过大,影响其性能。因此通过引入合适的烧结助剂降低烧结温度,对于提升陶瓷性能和降低成本均具有很大的意义。本文以高纯商业MgAl_(2)O_(4)粉体为原料,La(OH)_(3)为烧结助剂,采用真空烧结结合热等静压后处理的方式,成功制备MgAl_(2)O_(4)透明陶瓷,并采用XRD、SEM等对透明陶瓷的微结构和相组成的演变以及性能进行表征。结果表明,La^(3+)在烧结早中期可有效提高陶瓷致密化速率,在烧结后期可抑制陶瓷晶粒生长。掺入0.01%(质量分数)La_(2)O_(3)后,MgAl_(2)O_(4)光学和力学综合性能优异,所需的热等静压烧结温度由1650℃降低到1600℃,相应平均晶粒尺寸由7μm减小到3μm。

1.5μm处CO_2与CO高温线强的实验分析与理论计算

本文在采用乘积近似方法计算二氧化碳、一氧化碳分子总的配分函数(其中分子的振动配分函数采用谐振子近似,转动配分函数采用非刚性转子模型,并考虑了离心扭曲修正)的基础上,利用所得配分函数和振动跃迁矩平方的实验值以及Herman-Wallis系数,计算了1.5μm附近二氧化碳30012—00001跃迁带和一氧化碳3—0跃迁带在300—6000 K温度范围内部分温度下的吸收线强;为验证计算方法和结果的准确性,在基于可调谐二极管激光吸收光谱技术搭建的高温测量系统中,对300—800 K温度范围内部分谱线线强进行了测量,并把计算结果、测量结果及HITRAN数据库中对应数据进行了对比,发现相对偏差小于3%,证明了本方法的有效性,同时计算及测量所得高温线强数据可对HITRAN数据库进行有效的校正和补充.

3D打印陶瓷材料研究进展

作为新一代成型技术,3D打印技术具有操作简单、成型速度快、精度高等优点,而采用3D打印技术制备出的多功能化陶瓷零件,在建筑、工业、医学、航天航空等领域将会得到广泛的应用,其发展前景十分广阔。主要介绍了3D打印陶瓷方面的成型技术和材料,回顾了3D打印陶瓷的发展及国内外产业状况,并对可应用于3D陶瓷的打印技术和打印材料进行了展望。

复合结构激光陶瓷研究进展

多晶激光陶瓷相比单晶激光材料而言,具有可实现大尺寸制备的优势,并可通过结构和功能复合为固体激光器的设计提供最大的可能性和灵活性。复合结构激光陶瓷的制备方法除了采用传统的单晶键合工艺之外,还可以结合陶瓷近净尺寸成型和烧结过程的特点,从而极大地丰富了复合结构激光增益介质的可实现形式。本文综述了复合结构激光陶瓷的典型制备方法,并论述了几类复合结构激光陶瓷的应用与进展,并对复合结构激光陶瓷发展中的问题和发展方向进行了论述。

Nd：YAG陶瓷与单晶~4F_(3/2)-~4I_(13/2)跃迁的弱谱线多波长激光性能对比

报道了基于半导体激光端面抽运Nd:YAG的~4F_(3/2)—~4I_(13/2)跃迁的弱谱线多波长激光输出.实验对比了透明陶瓷与单晶材料的激光输出特性,表明透明陶瓷和单晶材料荧光谱强度的略微差异,导致了多波长输出时相同两个波长之间的激光强度比在两种材料中的差异.基于两种耦合输出镜片,激光阈值都在2 W左右.在13.5 W的抽运功率下,基于Nd:YAG透明陶瓷获得了输出功率4.05 W、强度比1:2的1338与1356 nm双波长激光和输出功率3.65 W、强度比13:1的1356与1414 nm双波长激光,斜率效率分别达33.9%和31.9%.

高功率密度激发荧光材料的反常热猝灭效应

荧光转换材料普遍存在的发光强度随温度升高而降低的热猝灭现象严重影响了器件的性能,限制了其在高功率发光二极管(LED)/激光二极管(LD)照明中的应用。然而,部分荧光材料却会出现随着温度升高发光强度增大的现象,即反常热猝灭效应。反常热猝灭作为提升发光材料及其器件应用性能的有效途径得到了广泛研究。本文总结了目前反常热猝灭效应在发光领域的研究现状及应用,阐述了发光反常热猝灭的机理,并对其未来发展趋势进行了展望,以期开发出具有更优反常热猝灭特性的新型发光材料,满足高效高功率LED/LD照明器件的应用需求。

被动锁模光纤激光器中增益支配孤子的腔致峰值功率钳位效应(英文)

通过实验和数值模拟研究了全正色散被动锁模光纤激光器中增益支配孤子的产生。实验观测和数值模拟结果分别证实了由腔导致的峰值功率钳位效应的存在。激光器性能对腔的结构的依赖性得到研究。研究结果表明:在光纤激光器中,能否获得具有更高脉冲能量的增益支配孤子是由腔的结构例如腔内非线性管理和输出比率选取决定的。

激光白光光源及其光学系统解析

为进一步推广激光白光光源在汽车大灯、投影、背光显示等领域的应用,对激光白光光源的合成方式进行了介绍,从泵浦源、光转换材料、光学系统3个方面详细解析了激光照明系统的关键组成要素。通过理论分析,计算出了激光照明系统中最高理论光光转换效率为498lm/W。然而,受困于技术和工艺难题,目前激光照明系统的最终效率仅约为17%。随后,在对适用于高亮度激光照明系统的光转换材料进行总结后,创新性地利用一种棒形(长度>10mm)YAG陶瓷(Ce<0.1at%)来匹配高流明密度蓝光;并从光学设计的角度,提出一种光转换材料的“透镜型”结构来综合提升光效。最后,结合专利分布情况,对激光照明系统在激光显示、可见光通信等领域的前景与应用进行了展望。

Nd:Y_(2)O_(3)透明陶瓷4F3/2-4I11/2跃迁光谱及高效激光输出

报道了采用真空烧结法结合热等静压技术制备的Nd:Y_(2)O_(3)透明陶瓷的荧光光谱特性及相关激光输出。通过与Nd:YAG透明陶瓷的荧光光谱对比,表明Nd:Y_(2)O_(3)透明陶瓷的^(4)F_(3/2)-^(4)I_(11/2)跃迁光谱存在着多个增益相当的谱线,这更有利于实现同时双波长段激光振荡;不同斯塔克子跃迁光谱的离散特性有利于通过腔镜镀膜控制不同波长损耗,获得丰富的1.0~1.1μm波段激光。利用简单的平平两镜腔结构完成进一步的实验,通过选择的输出镜片镀膜获得了输出功率3.62 W、转换效率40.4%的1 074.6 nm和1 078.8 nm的双波长输出和输出功率1.7 W、转换效率19.4%的1 130.3 nm波长输出。

高激光损伤阈值Ge-As-S硫系玻璃光纤及中红外超连续谱产生

测量了Ge-As-S系列硫系玻璃在中红外波段的飞秒激光损伤阈值,研究了它与玻璃化学组成的关系.基于优化的玻璃组成,采用棒管法制备了芯径为15μm的阶跃折射率非线性光纤.采用飞秒脉冲抽运光纤,研究了光纤中超连续谱(supercontinuum,SC)的产生特性.在研究的Ge-As-S硫系玻璃中,具有化学计量配比的Ge0.25As0.1S0.65玻璃显示出最高的激光损伤阈值.以该玻璃作为纤芯材料、以与其相匹配的Ge0.26As0.08S0.66玻璃作为包层材料制备的光纤的数值孔径约为0.24,背景损耗<2 dB/m.采用4.8μm的飞秒激光抽运长度为10 cm的光纤,获得了覆盖2.5-7.5μm的SC.这些结果表明,Ge-As-S硫系玻璃光纤是一种有潜力的中红外高亮度宽带SC产生的非线性介质.

太阳光直接泵浦固体激光器研究进展

太阳光直接泵浦固体激光器相对于传统二极管泵浦激光器具有能耗低、效率高等优势,在大气传感、深空通信及国防安全等重要领域具有极大的应用潜力,战略意义重大。本文综述了太阳光直接泵浦固体激光器的阳光收集光学系统、增益介质及泵浦系统设计的国内外研究进展,揭示了其与激光输出质量及光转化效率提升的定向关联。提出在太阳光直接泵浦固体激光器发展中,高汇聚效率及高功率的激光输出是核心研究目标,而高品质增益介质是实现上述目标的关键所在。最后,展望了太阳光直接泵浦固体激光器的未来发展趋势。

色散管理光纤激光器中束缚态孤子动力学演化特性

光孤子脉冲在光纤中传输时由于复杂的非线性相互作用可以形成稳定的孤子束缚态形式,脉冲间的相位关系变化揭示出非线性系统中孤子丰富的动力学特性。通过金兹堡朗道方程描述光孤子在光纤激光器中的传输规律,数值分析了色散管理光纤激光器中系统参量对于束缚态孤子相位突变的影响。研究发现,光纤激光器在相空间中存在多种形式的孤子束缚态,系统的初始状态对于孤子最终状态的演化具有重要的影响。数值分析表明:激光器系统泵浦强度的变化,不仅导致孤子脉冲时间间距的变化,也会导致孤子束缚态的相位差,这对于深入了解光纤中光孤子的动力学过程具有重要的研究意义。

时分复制脉冲放大技术在超快光纤激光器中的应用研究进展

随着高功率超快光纤激光器的迅速发展,时分复制脉冲放大技术近年来获得了广泛的关注。时分复制脉冲放大技术可以通过双折射晶体组或自由空间时延来实现。将时分复制脉冲技放大技术与啁啾脉冲放大、空间分束和光子晶体光纤放大等技术相结合,运用于相干光束合成和非线性压缩,可以提升超快光纤激光器的脉冲能量和峰值功率。文中对时分复制脉冲放大技术在超快光纤激光器中的最新研究进展进行了详细综述,重点分析了时分复制脉冲放大技术在相干光束合成应用中的不同系统结构,并对时分复制脉冲放大技术的优化和发展方向进行了展望。

基于氧化铟锡的风扇型中红外手性超材料及其圆二向色性

本文设计了一种中红外波段手性超材料以克服传统中红外激光偏振态调控所使用的控制元件体积大、成本高等不足。利用中红外等离激元材料氧化铟锡(ITO)设计风扇型手性结构,并研究了该结构在中红外波段的圆二向色性(CD)。通过改变扇叶层填充材料、扇叶厚度、扇叶大小、扇叶数量以及扇叶的材料,讨论结构的CD变化情况。模拟结果表明:当填充材料为硅、扇叶为6片时,选取合适的扇叶厚度和大小,在5.3μm附近获得最强的CD信号,为0.052。此外,与贵金属银、金相比,由ITO构成的结构展现出良好的宽带圆二向色性,这为中红外波段宽带偏振态调控器件的设计提供了新的思路。

多层ITO椭圆柱中红外手性超材料的多波段圆二向色性

中红外手性超材料具有体积小、易集成等优点,在中红外激光偏振态调控方面具有潜在的应用。本文提出了一种多层ITO椭圆柱中红外手性超材料。该结构的每个单元由三层相同的氧化铟锡(ITO)椭圆柱组成。模拟结果表明,椭圆柱之间的距离、椭圆柱的厚度、椭圆柱的短长轴之比、椭圆柱中心的相对位置、椭圆柱的数量和椭圆柱材料对结构的圆二向色性(CD)均产生了影响。结构在三个不同的波段均展示CD特性,在波长为3.52μm、4.12μm和5.28μm附近处展现出三个不同强度的CD极大值。模拟结果也表明,与贵金属金、银椭圆柱构成的结构相比,由ITO椭圆柱构成的结构展现出更宽带和多带的圆二向色性。后者结构在中红外波段的CD主要有一个带,在0.39μm附近带宽为0.5μm,而前者在4.12μm和5.28μm附近处的半高宽分别为0.6μm和1.6μm,这在中红外宽带和多带偏振态调控方面具有潜在的应用。

超快光纤激光器中的周期分岔研究进展(特邀)

超快光纤激光器已成为超短脉冲光源的理想选择对象并得到实际应用。由于光束直径受限于光纤截面及光与光纤的长相互作用距离,非线性效应不可避免。在非线性效应导致的脉冲分裂出现之前,在合适的条件下超快光纤激光器可以实现输出的周期分岔。周期分岔是指输出脉冲的参数以腔长的倍数为固定周期重复出现。周期分岔是非线性系统的本征特性之一,广泛存在于所有非线性系统中。文中对超快光纤激光器中的周期分岔的研究进展进行了详细综述,重点分析了不同色散区间周期分岔的表征特性,并对矢量孤子的周期分岔特性,以及多脉冲情况下的周期分岔特性进行讨论。

基于Arduino的光敏电阻实验改进及其应用探究

随着科技的不断发展,人工智能技术渗透到人类生活的各个领域,在教育领域中也有体现.编程知识是人工智能技术的基础,利用Arduino开发板对光敏电阻光照特性进行探究,将编程知识融入物理实验教学中,并设置具体生活情境,让学生根据所学知识自主制作光敏报警器,培养学生自主创新能力.