1 中国科学院上海硅酸盐研究所 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室，上海 201899
2 暨南大学理工学院 光电工程系，广东 广州 510632
3 同济大学 物理科学与工程学院，上海 200092
可见波段激光因其在激光显示、光通讯、生物医疗、工业加工等领域的特殊应用而备受关注。近年来，Pr3+掺杂晶体作为一类重要的可见波段激光增益介质，已经在蓝光、绿光、橙光、红光波段实现了良好的激光输出，并已在氟化物中实现瓦级连续（CW）激光输出。本文系统总结了掺Pr3+氟化物和氧化物激光晶体在可见波段的光谱特性和激光输出现状，深入分析了激发态吸收、多声子弛豫、交叉弛豫过程对Pr3+可见激光输出的影响及其机制，旨在为新型可见光激光增益介质材料的筛选提供建议和指导。最后，总结了目前掺Pr3+可见激光晶体材料中仍存在的问题，并对后续的研究方向进行了展望。
可见光激光晶体 Pr3+掺杂 激发态吸收 交叉弛豫 多声子弛豫 visible region laser crystal Pr3+ doped excited state absorption cross relaxation multi-phonon relaxation
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院, 北京 100124
2 北京市激光应用技术工程技术研究中心, 北京 100124
3 激光先进制造北京市高等学校工程研究中心, 北京 100124
4 跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室, 北京 100124
报道了室温下级联中红外Er∶YAG脉冲激光器。通过实验观测到级联发射的特征波长为1469 nm,确定了激发态吸收的特征波长为1676 nm。采用掺杂浓度(原子数分数)分别为7.5%和10%的两种Er∶YAG晶体,通过实验对比了级联与非级联条件下的中红外输出能量。掺杂浓度为7.5%的Er∶YAG中红外激光的最大单脉冲能量由非级联时的0.62 mJ提高至级联时的0.99 mJ,提高了约59.7%;掺杂浓度为10%的Er∶YAG中红外激光的最大单脉冲能量由非级联时的1.04 mJ提高至级联时的1.51 mJ,提高了约45.2%。实验结果表明,常温低掺杂Er∶YAG晶体可实现级联输出,并且级联有助于中红外激光单脉冲能量的提高。
激光器 Er
3+激光器 级联 中红外激光器 激发态吸收
江苏师范大学物理与电子工程学院，江苏 徐州 221116
Tm3＋离子3F4能级的粒子数捕获效应是影响2.3 μm掺铥激光器高效运转的重要因素。报道了基态吸收(GSA，3H6→3H4)和激发态吸收(ESA，3F4→3H4)双波长泵浦2.3 μm波段Tm∶YAP激光器。使用785 nm(GSA)和1470 nm(ESA)双波长泵浦方案能够精准减少3F4能级的粒子数，有效增加3H4能级粒子数布居。在双波长泵浦沿a轴切割的Tm∶YAP晶体中，使用透过率T＝1.5%的输出镜，2274 nm和2383 nm双波长激光最大输出功率为2.28 W，相比于单波长泵浦方案提高了65.2%。使用T＝2.8%输出镜，2383 nm激光的最大输出功率为942 mW，较单波长泵浦方案提高了84.3%。通过采用特殊镀膜的输出镜，进一步实现了2446 nm激光运转，最大输出功率为1.62 W，较单波长泵浦下的激光输出功率提高了48.6%。实验结果表明，GSA和ESA双波长泵浦方案为实现2.3 μm掺铥激光器获得更高的输出功率提供了一种有效技术手段。
黑龙江大学 电子工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150080
利用飞秒脉冲通过Z扫描技术和泵浦-探测技术研究了CdS0.2Se0.8纳米晶掺杂的硼酸盐玻璃滤波片RG665的非线性吸收特性。研究结果表明在800 nm波长 130 fs脉冲激光作用下, RG665滤波片表现较强的非线性吸收特性。通过理论分析拟合实验结果证明RG665滤波片在800 nm下的非线性吸收包含双光子吸收及双光子吸收诱导的激发态吸收两部分, 得到双光子吸收系数为0.05 cm/GW, 激发态吸收截面为σe=3×10-23 m2, 以及导带中低能态电子和导带底电子的寿命分别为13 ps和210 ps。研究结果表明CdS0.2Se0.8纳米晶体掺杂的玻璃是一种很好的非线性光学材料。
Z扫描 非线性吸收 双光子吸收 激发态吸收 Z-scan nonlinear absorption two-photon absorption excited state absorption 红外与激光工程
2017, 46(3): 0321004
1 厦门大学物理与机电工程学院, 福建 厦门361005
2 北京长城计量测试技术研究所国防科技工业第一计量测试研究中心, 北京100095
Er3+的4I13/2能级寿命的长短对评估Er3+掺杂材料在光通讯波段的应用十分重要。 基于980 nm双脉冲注入式LD激发下的Er3+激发态吸收上转换发光, 测量在不同双脉冲时间间隔下的上转换红光发光强度, 再根据上转换红光的发光强度随双脉冲时间间隔的变化关系, 推导出了Er3+红外4I13/2能级寿命的拟合公式, 实现了红外能级寿命的可见区测量。 因此, 结合兼具时间间隔可调和同步脉冲取样的双脉冲注入式LD模块和光电倍增管（R2658）, 就可以实现所有Er3+红外能级寿命的测量, 这是一种十分经济的微秒量级荧光寿命测试系统。
激发态吸收上转换发光 双脉冲 寿命测量 红外中间能级 Excited state absorption upconversion Double pulse Lifetime measurement Infrared medial level 光谱学与光谱分析
2012, 32(11): 2966
在考虑Cr4+∶YAG晶体激发态吸收的情况下，给出了Cr4+∶YAG被动调Q的Nd∶YAG激光器的速率方程组，从该速率方程组出发推导出了Nd∶YAG被动调Q激光器的输出能量、脉冲宽度和效率的解析解，并分析了各参量之间的相互耦合关系。结果表明，在考虑了Cr4+∶YAG晶体激发态吸收的情况下，理论上能够正确地反应出Cr4+∶YAG晶体的吸收特性，对设计和优化Cr4+∶YAG被动调Q激光器有一定的指导意义。
激光器 速率方程组 被动调Q 激发态吸收 laser rate equations passively Q-switched excited state absorption
国防科学技术大学光电科学与工程学院,湖南 长沙 410073
采用980 nm抽运的掺铒光纤放大器(EDFA)中存在上转换发光效应。能级分析和光谱扫描结果表明上转换辐射光为绿色荧光,波长为538 nm和514 nm,其产生机理为铒离子的激发态吸收效应(ESA)。从理论和实验两方面分析了抽运功率和信号功率这两个放大参量对上转换绿色荧光的影响,结果表明,存在一个特殊抽运功率值,当抽运功率小于该值时,上转换绿色荧光的抽运效率随抽运功率的增加而快速增大;抽运功率大于该值时,上转换绿色荧光的抽运效率变化缓慢,基本保持稳定。掺铒光纤放大器工作在线性放大状态下,输入信号的有无和功率大小对绿色荧光影响很小;掺铒光纤放大器工作在饱和状态下,绿色荧光功率随输入信号功率增加而增加。
光纤光学 上转换 绿色荧光 激发态吸收
1 黑龙江大学电子工程学院, 哈尔滨 150080
2 哈尔滨工业大学应用物理系,哈尔滨 150001
应用调Q倍频ns/ps Nd∶YAG脉冲激光,在波长为532 nm,脉冲宽度为8 ns,重复频率为1 Hz的条件下,研究了溶于二甲基亚砜(DMSO)中的萘酞菁铅溶液的反饱和吸收和光限幅特性。实验表明,萘酞菁铅具有良好的光限幅特性,它的有效激发态吸收截面与基态吸收截面的比值约为15.21,大于萘酞菁铜。研究结果表明, 萘酞菁铅的光限幅特性优于C60,激发态吸收是其主要的光限幅机理。实验结果证实了重原子效应可以通过增强系际跃迁而使三重态的反饱和吸收增强,从而提高光限幅的能力。
非线性光学 光限幅 萘酞菁 激发态吸收
中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
Cr4+:YAG晶体作为可饱和吸收体用于主-被动锁模的Nd:YAG激光器中,获得了稳定和完全的1064 nm锁摸脉冲列。更换具有不同初始透过率的Cr4+:YAG晶体,获得了从0.8 ns到2.4 ns宽的单个锁模脉冲。对于使用不同初始透过率的Cr4+:YAG晶体, 存在一个合适的初始透过率,使得脉冲宽度最短.考虑激发态的吸收, 利用速率方程分析了锁模的动力学过程,解释了实验结果。
Cr4+:YAG晶体 主-被动锁模 激发态吸收
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics,The Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
Chinese Journal of Lasers B
2002, 11(1): 1
