太原科技大学材料科学与工程学院, 太原 030024
脱硫石膏(FGD gypsum)作为一种固废, 可经过高温煅烧制备建筑石膏, 实现固废资源化利用。以脱硫石膏为原料, 氧化钙和硫酸铝为复合转晶剂, 在170 ℃下煅烧2 h制备建筑石膏, 研究复合转晶剂的复合比例及掺量对建筑石膏力学性能的影响, 并揭示其复合转晶机理。结果表明, 当复合转晶剂掺量为1%(质量分数)、氧化钙和硫酸铝复合比例为1∶1(质量比)时, 制备的建筑石膏力学性能最佳。水化后石膏块体致密性良好, 水化产物呈相互交错的短柱状或纤维状。建筑石膏的2 h抗折和抗压强度分别为3.6和9.7 MPa, 绝干抗折和抗压强度分别为6.8和23.5 MPa, 满足《建筑石膏》(GB/T 9776-2022)中3.0级建筑石膏的要求。
脱硫石膏 建筑石膏 复合转晶剂 硫酸铝 氧化钙 力学性能 FGD gypsum calcined gypsum composite crystal modifier aluminum sulfate calcium oxide mechanical property
1 西安建筑科技大学理学院，陕西 西安 710055
2 西安建筑科技大学应用物理研究所，陕西 西安 710055
以激光二极管（LD）端面泵浦方形YAG/Yb∶YAG复合晶体为研究对象，采用有限元分析方法，并根据热传导理论以及连续LD端面泵浦方形YAG/Yb∶YAG的工作特点，系统分析了泵浦功率、YAG晶体厚度及截面尺寸对激光晶体温度、热应力及热形变的影响。计算过程中经光学耦合系统准直聚焦的泵浦光斑半径为400 μm。研究结果表明：当Yb∶YAG晶体尺寸为4 mm×4 mm×1 mm，YAG晶体厚度为0.1 mm时，随着泵浦功率由60 W增加为80 W，YAG/Yb∶YAG方片晶体内最高温升明显增大，由37.19 ℃变为82.92 ℃；当YAG晶体厚度由0 mm增加为0.5 mm时，薄片晶体内最大热应力由26.93 MPa变为10.438 MPa，最高温升也随之降低了18.18 ℃，但由热应力产生的热形变基本保持不变。利用方片YAG/Yb∶YAG复合晶体能够有效降低激光晶体内最大热应力及最高温升，对全固态Yb∶YAG激光器的设计及高功率输出具有指导意义。
激光器 激光二极管 YAG/Yb∶YAG 热效应 复合晶体 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0114001
1 西安建筑科技大学理学院，陕西 西安 710055
2 西安建筑科技大学应用物理研究所，陕西 西安 710055
为了解决LD端面泵浦晶体引起的热效应问题，根据脉冲LD端面泵浦复合晶体工作特点，利用热传导理论建立了脉冲激光二极管泵浦YAG/Nd∶YAG 复合晶体的有限元热模型。定量分析了泵浦功率、未掺杂晶体厚度、脉冲宽度对复合晶体温度场及热形变量的影响。结果表明，当掺杂晶体厚度为8 mm，未掺杂晶体厚度为3 mm，脉冲宽度为3 ms，经光学耦合系统准直聚焦的泵浦光斑半径为300 μm，重复频率为100 Hz时，使用泵浦功率为80 W的脉冲LD端面泵浦复合晶体YAG/Nd∶YAG，泵浦端面中心的最高温度及最大热形变量分别66.84 ℃和0.12 μm。可见，复合晶体能有效缓解晶体的温升和晶体端面的热形变。该研究为实现Nd∶YAG激光器高功率输出目标提供了理论指导。
激光光学 复合晶体 热效应 温度场 激光二极管 激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2114001
1 西安建筑科技大学理学院，陕西 西安 710055
2 西安建筑科技大学应用物理研究所，陕西 西安 710055
为了解决激光二极管端面泵浦圆盘晶体引起的热效应问题，根据连续LD端面泵浦圆盘形YAG/Yb∶YAG的工作特点，基于热传导理论建立了复合晶体有限元分析模型。通过设定LD泵浦参数，定量分析了泵浦功率、复合晶体厚度与截面大小对温度场的影响。研究结果表明，当复合晶体几何结构一定时，随泵浦功率增大，晶体温度升高。当泵浦功率为70 W，经光学耦合系统准直聚焦的泵浦光斑半径为400 μm时，Yb∶YAG晶体厚度为3 mm，当键合的YAG晶体厚度从0 mm变为0.7 mm时，复合晶体内最高径向温升降低了39.7 ℃，最高轴向温升降低了238.3 ℃。在相同泵浦条件下，取YAG晶体厚度为0.5 mm，当复合晶体截面半径由8 mm增加至13 mm时，晶体内沿径向的最高温升降低了32.8 ℃，沿轴向最高温升降低了171.7 ℃。利用复合晶体能够降低激光晶体内部热效应，对实现全固态Yb∶YAG激光器高功率输出具有指导意义。
激光器 激光二极管 YAG/Yb∶YAG 复合晶体 温度场 激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1314002
1 福州大学化学学院, 福州 350108
2 中国科学院福建物质结构研究所, 福州 350002
利用改进的提拉法生长了一种新型Y4-Nd∶Y4 复合晶体, 在晶体中部实现了Nd3+的0.10%~0.25%(原子数分数)浓度梯度掺杂。晶体中, Nd3+掺杂区的弱吸收系数较未掺杂区大, 表现出界面吸收现象。观测了复合晶体对泵浦光的吸收和温度分布, 发现晶体沿轴向的泵浦吸收相对均匀, 温度梯度相对较小。未镀膜的复合晶体样品在1 064 nm波段显示了良好的连续激光性能,光-光转换效率为37.0%, 斜效率为40.9%。
钒酸盐晶体 复合晶体 激光晶体 浓度梯度 弱吸收 温度梯度 激光性能 vanadate crystal composite crystal laser crystal concentration gradient weak absorption temperature gradient laser performance
暨南大学理工学院光电工程系,广东 广州 510632
研制了一种基于Yb 3+∶YAG/Cr 4+∶YAG/YAG键合晶体的激光二极管端面泵浦被动调Q拉曼黄光激光器。由键合晶体产生的被动调Q基频激光依次通过拉曼晶体YVO4和倍频晶体KTP,最终输出波长为578.5 nm的激光。采用耦合腔结构降低拉曼光和倍频光的损耗,采用标准具抑制双波长运转以提高倍频的转换效率。实验结果表明,当入射波长的泵浦功率为9.51 W时,可以检测到功率为183 mW、波长为578.5 nm、脉冲宽度为6.537 ns、重复频率为6.542 kHz的黄光。
激光器 被动调Q 拉曼光 黄光 键合晶体 激光与光电子学进展
2021, 58(1): 0114004
1 顺德职业技术学院 电子与信息工程学院, 广东 佛山 528300
2 暨南大学 光电工程研究所, 广东 广州 510632
采用Yb:YAG/Cr4+:YAG/YAG键合晶体搭建了紧凑的端面泵浦被动调Q激光器, 获得了高峰值功率的1 029 nm短脉冲激光。研究了泵浦功率和初始透过率对脉冲性能的影响及作用机制, 对比发现初始透过率为85%的键合晶体, 脉冲性能最好, 在7.2 W泵浦功率下, 脉宽短至3.14 ns, 峰值功率高达87 kW。另外还研究了输出光谱随功率的变化规律, 发现晶体具有较好的热学性能。这表明, 与无掺杂的同基质晶体键合或者降低可饱和吸收体的初始透过率, 都有助于获取高峰值功率的短脉冲激光输出。
固体激光器 键合晶体 半导体泵浦 调Q 脉冲 solid-state lasers composite crystal diode-pumped Q-switched pulsed 红外与激光工程
2018, 47(6): 0606007
1 顺德职业技术学院 电子与信息工程学院, 广东 佛山 528300
2 暨南大学 光电工程研究所, 广东 广州 510632
为了研究键合晶体在被动调Q激光器上的应用优势, 采用Yb∶YAG/Cr4+∶YAG/YAG键合晶体搭建了紧凑的端面泵浦被动调Q激光器, 获得了高效的1 030 nm和515 nm脉冲激光。实验研究了泵浦功率和初始透过率T0对各项激光性能的影响, 结果在T0=95%时得到了平均功率为1.97 W的1 030 nm激光, 对应33%的斜效率, 而当T0=85%时输出的1 030 nm脉冲峰值功率高达87 kW, 脉冲宽度低至3.14 ns。另外在与LBO的倍频实验中, 用T0=90%的键合晶体获得了较高的绿光输出功率634 mW, 对应11.2%的斜效率和15 ns的脉冲宽度。最后还研究了光谱的红移和输出镜的漏光现象, 找出进一步提高绿光功率的方法。
半导体激光器 全固态激光器 键合晶体 端面泵浦 被动调Q 倍频 laser diode all solid state lasers composite crystal diode-end-pumped passively Q-switched frequency doubling
