基于稀土掺杂氟化钙/锶晶体的中红外激光器研究
发布时间：2021-01-19 07:39
波长为2-3μm的中红外激光,位于“大气窗口”和水分子的强吸收峰附近,在环境痕量气体监测、医疗和空间探测等领域具有重要的应用前景。近年来,以稀土晶体为基础的中红外固体激光技术得到了快速发展,激光二极管（LD）直接泵浦稀土掺杂晶体的中红外激光器,省去了中间频率转换环节,具有结构简单、光束质量好、转换效率高的优点,是实现高效率、大功率2-3μm激光输出的重要技术手段。中红外激光技术与器件的研究已经成为当今激光领域的一个重要的发展方向和热点。创新的中红外激光技术有望拓展中红外激光的应用,由此带来不可预知的科学发现。铥(Tm3+)离子和铒(Er3+)离子掺杂的晶体材料是产生中红外2-3μm激光常用的激光增益介质,其泵浦源波长更是位于商用LD的成熟波段。然而中红外波段的激光材料和技术尚不成熟,LD直接泵浦的中红外2-3μm波段超快激光的发展相对滞后,相关理论和实验是研究者关注的热点。“一代材料,一代器件”,随着固体激光材料的发展,具有低声子能量和萤石型结构的氟化钙/锶晶体在中红外波段展现了独特的优势,在稀土离子掺杂浓度很低的情况下就能实现高效的激光输出...
【文章来源】：山东师范大学山东省
【文章页数】：119 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 中红外2-3μm波段激光的应用
1.2 2-3μm波段激光的产生途径
1.3 铥/铒离子掺杂基质材料的研究进展
3+)掺杂晶体材料的研究进展"> 1.3.1 铥离子(Tm3+)掺杂晶体材料的研究进展
3+)掺杂基质材料的研究进展"> 1.3.2 铒离子(Er3+)掺杂基质材料的研究进展
1.3.3 氟化钙/锶晶体在中红外波段的优势
1.4 铥/铒离子掺杂超短脉冲激光器的研究进展
1.4.1 铥离子掺杂2μm超短脉冲激光器的研究进展
1.4.2 铒离子掺杂2.8μm脉冲激光器的研究进展
1.5 短脉冲和超短脉冲激光调制技术
1.5.1 调Q技术
1.5.2 锁模技术
1.5.3 SESAM被动锁模理论
1.6 本论文的主要研究工作及创新点
3+掺杂氟化钙晶体脉冲激光特性研究">第二章 LD泵浦Tm3+掺杂氟化钙晶体脉冲激光特性研究
2 晶体的光谱特性研究"> 2.1 Tm:CaF2 晶体的光谱特性研究
2 晶体的连续及调谐激光特性研究"> 2.2 Tm:CaF2 晶体的连续及调谐激光特性研究
2 晶体被动调Q激光器的研究"> 2.3 Tm:CaF2 晶体被动调Q激光器的研究
2 晶体SESAM锁模超快激光特性研究"> 2.4 Tm:CaF2 晶体SESAM锁模超快激光特性研究
2.5 本章小结
3+掺杂氟化钙/锶晶体2.8μm连续激光特性研究">第三章 Er3+掺杂氟化钙/锶晶体2.8μm连续激光特性研究
3+掺杂2.8μm激光器的发展瓶颈"> 3.1 Er3+掺杂2.8μm激光器的发展瓶颈
3+与CaF2/SrF2 的优势互补"> 3.2 Er3+与CaF2/SrF2 的优势互补
3.3 传统泵浦方式下的2.8μm连续激光特性研究
2 晶体的2.8μm连续激光性能研究"> 3.3.1 Er:CaF2 晶体的2.8μm连续激光性能研究
2晶体的2.8μm连续激光性能研究"> 3.3.2 Er与 Gd/La共掺CaF2晶体的2.8μm连续激光性能研究
2 晶体的2.8μm连续激光性能研究"> 3.3.3 Er:SrF2 晶体的2.8μm连续激光性能研究
xSr1-x F2 混晶的2.8μm连续激光性能研究"> 3.3.4 Er:CaxSr1-x F2 混晶的2.8μm连续激光性能研究
3.4 上转换泵浦方式下的2.8μm连续激光特性研究
3.5 本章小节
3+氟化钙/锶晶体2.8μm调 Q激光器研究">第四章 LD泵浦掺Er3+氟化钙/锶晶体2.8μm调 Q激光器研究
4.1 中红外2.8μm波段的可饱和吸收体材料
4.2 LD泵浦2.8μm自调Q脉冲激光器的研究
4.3 基于黑磷可饱和吸收体的2.8μm被动调Q激光器
4.4 基于铋烯可饱和吸收体的2.8μm调 Q激光特性研究
4.5 基于MXene可饱和吸收体的2.8μm被动调Q激光器
4.6 本章小结
3+氟化钙锶混晶2.8μm超短脉冲激光特性研究">第五章 LD泵浦掺Er3+氟化钙锶混晶2.8μm超短脉冲激光特性研究
0.5Sr0.5F2 混晶的光谱特性研究"> 5.1 Er:Ca0.5Sr0.5F2 混晶的光谱特性研究
xSr1-x F2 混晶的2.8μm连续激光特性研究"> 5.2 LD泵浦Er:CaxSr1-x F2 混晶的2.8μm连续激光特性研究
5.3 基于SESAM的2.8μm调 Q锁模理论与实验研究
5.4 基于MXene吸收体的2.8μm调 Q锁模激光特性研究
5.5 基于克尔透镜效应的2.8μm自锁模激光特性研究
5.5.1 克尔透镜锁模
3+:CaF2-SrF2 混晶的2.8μm自锁模激光器研究"> 5.5.2 基于Er3+:CaF2-SrF2 混晶的2.8μm自锁模激光器研究
5.6 本章小结
3+氟化钙单晶光纤2.8μm激光特性研究">第六章 LD泵浦掺Er3+氟化钙单晶光纤2.8μm激光特性研究
6.1 单晶光纤简介
3+:CaF2 单晶光纤的光谱特性研究"> 6.2 Er3+:CaF2 单晶光纤的光谱特性研究
3+:CaF2 单晶光纤的连续和脉冲激光特性研究"> 6.3 LD泵浦Er3+:CaF2 单晶光纤的连续和脉冲激光特性研究
3+:CaF2 单晶光纤2.8μm连续激光特性研究"> 6.3.1 Er3+:CaF2 单晶光纤2.8μm连续激光特性研究
3+:CaF2 单晶光纤2.8μm脉冲激光特性研究"> 6.3.2 Er3+:CaF2 单晶光纤2.8μm脉冲激光特性研究
6.4 本章小结
第七章 总结和展望
7.1 研究内容及主要结论
7.2 不足之处及下一步计划
参考文献
攻读学位期间参与的课题、获得的奖励及发表的论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]High power and energy generation in a Nd:YAG single-crystal fiber laser at 1834 nm[J]. YAQI CAI,BIN XU,YUNSHAN ZHANG,QINGYU TIAN,XIAODONG XU,QINGSONG SONG,DONGZHEN LI,JUN XU,IVAN BUCHVAROV. Photonics Research. 2019(02)
[2]2.8 μm all-fiber Q-switched and mode-locked lasers with black phosphorus[J]. ZHIPENG QIN,GUOQIANG XIE,JINGUI MA,PENG YUAN,LIEJIA QIAN. Photonics Research. 2018(11)
[3]Antimonene: a long-term stable two-dimensional saturable absorption material under ambient conditions for the mid-infrared spectral region[J]. HONGYU LUO,XIANGLING TIAN,YING GAO,RONGFEI WEI,JIANFENG LI,JIANRONG QIU,YONG LIU. Photonics Research. 2018(09)
[4]Self-Q-switched and wavelength-tunable tungsten disulfide-based passively Q-switched Er:Y2O3 ceramic lasers[J]. XIAOFENG GUAN,JIAWEI WANG,YUZHAO ZHANG,BIN XU,ZHENGQIAN LUO,HUIYING XU,ZHIPING CAI,XIAODONG XU,JIAN ZHANG,JUN XU. Photonics Research. 2018(09)
[5]Generation of 84-fs pulses from a mode-locked Tm:CNNGG disordered garnet crystal laser[J]. ZHONGBEN PAN,YICHENG WANG,YONGGUANG ZHAO,HUALEI YUAN,XIAOJUN DAI,HUAQIANG CAI,JI EUN BAE,SUN YOUNG CHOI,FABIAN ROTERMUND,XAVIER MATEOS,JOSEP MARIA SERRES,PAVEL LOIKO,UWE GRIEBNER,VALENTIN PETROVI. Photonics Research. 2018(08)
[6]Bismuth nanosheets as a Q-switcher for a mid-infrared erbium-doped SrF2 laser[J]. JINGJING LIU,HAO HUANG,FENG ZHANG,ZHEN ZHANG,JIE LIU,HAN ZHANG,LIANGBI SU. Photonics Research. 2018(08)
[7]铜片夹扣键合QFN功率器件封装技术[J]. 霍炎,吴建忠. 电子与封装. 2018(07)
[8]Passively Q-switched erbium doped fiber laser using a gold nanostars based saturable absorber[J]. ZHE KANG,MINGYI LIU,ZHENWEI LI,SIQING LI,ZHIXU JIA,CHENGZHI LIU,WEIPING QIN,GUANSHI QIN. Photonics Research. 2018(06)
[9]铒激光治疗口腔疾病的应用进展[J]. 罗瑞,王道春. 医学综述. 2018(07)
[10]原油输送管道内腐蚀现状及最新研究进展[J]. 黄贤滨,倪广地,张艳玲,陈文武. 材料保护. 2017(10)
博士论文
[1]激光二极管泵浦新型掺镱全固态飞秒激光器[D]. 高子叶.西安电子科技大学 2016
[2]基于石墨烯锁模全固态超快激光器件研究[D]. 徐金龙.山东大学 2012
硕士论文
[1]全固态1.3μm波段锁模激光特性研究[D]. 杨英.山东大学 2013
[2]SESAM被动锁模侧泵Nd：YAG激光器[D]. 李霄.国防科学技术大学 2007
本文编号：2986607
【文章来源】：山东师范大学山东省
【文章页数】：119 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 中红外2-3μm波段激光的应用
1.2 2-3μm波段激光的产生途径
1.3 铥/铒离子掺杂基质材料的研究进展
3+)掺杂晶体材料的研究进展"> 1.3.1 铥离子(Tm3+)掺杂晶体材料的研究进展
3+)掺杂基质材料的研究进展"> 1.3.2 铒离子(Er3+)掺杂基质材料的研究进展
1.3.3 氟化钙/锶晶体在中红外波段的优势
1.4 铥/铒离子掺杂超短脉冲激光器的研究进展
1.4.1 铥离子掺杂2μm超短脉冲激光器的研究进展
1.4.2 铒离子掺杂2.8μm脉冲激光器的研究进展
1.5 短脉冲和超短脉冲激光调制技术
1.5.1 调Q技术
1.5.2 锁模技术
1.5.3 SESAM被动锁模理论
1.6 本论文的主要研究工作及创新点
3+掺杂氟化钙晶体脉冲激光特性研究">第二章 LD泵浦Tm3+掺杂氟化钙晶体脉冲激光特性研究
2 晶体的光谱特性研究"> 2.1 Tm:CaF2 晶体的光谱特性研究
2 晶体的连续及调谐激光特性研究"> 2.2 Tm:CaF2 晶体的连续及调谐激光特性研究
2 晶体被动调Q激光器的研究"> 2.3 Tm:CaF2 晶体被动调Q激光器的研究
2 晶体SESAM锁模超快激光特性研究"> 2.4 Tm:CaF2 晶体SESAM锁模超快激光特性研究
2.5 本章小结
3+掺杂氟化钙/锶晶体2.8μm连续激光特性研究">第三章 Er3+掺杂氟化钙/锶晶体2.8μm连续激光特性研究
3+掺杂2.8μm激光器的发展瓶颈"> 3.1 Er3+掺杂2.8μm激光器的发展瓶颈
3+与CaF2/SrF2 的优势互补"> 3.2 Er3+与CaF2/SrF2 的优势互补
3.3 传统泵浦方式下的2.8μm连续激光特性研究
2 晶体的2.8μm连续激光性能研究"> 3.3.1 Er:CaF2 晶体的2.8μm连续激光性能研究
2晶体的2.8μm连续激光性能研究"> 3.3.2 Er与 Gd/La共掺CaF2晶体的2.8μm连续激光性能研究
2 晶体的2.8μm连续激光性能研究"> 3.3.3 Er:SrF2 晶体的2.8μm连续激光性能研究
xSr1-x F2 混晶的2.8μm连续激光性能研究"> 3.3.4 Er:CaxSr1-x F2 混晶的2.8μm连续激光性能研究
3.4 上转换泵浦方式下的2.8μm连续激光特性研究
3.5 本章小节
3+氟化钙/锶晶体2.8μm调 Q激光器研究">第四章 LD泵浦掺Er3+氟化钙/锶晶体2.8μm调 Q激光器研究
4.1 中红外2.8μm波段的可饱和吸收体材料
4.2 LD泵浦2.8μm自调Q脉冲激光器的研究
4.3 基于黑磷可饱和吸收体的2.8μm被动调Q激光器
4.4 基于铋烯可饱和吸收体的2.8μm调 Q激光特性研究
4.5 基于MXene可饱和吸收体的2.8μm被动调Q激光器
4.6 本章小结
3+氟化钙锶混晶2.8μm超短脉冲激光特性研究">第五章 LD泵浦掺Er3+氟化钙锶混晶2.8μm超短脉冲激光特性研究
0.5Sr0.5F2 混晶的光谱特性研究"> 5.1 Er:Ca0.5Sr0.5F2 混晶的光谱特性研究
xSr1-x F2 混晶的2.8μm连续激光特性研究"> 5.2 LD泵浦Er:CaxSr1-x F2 混晶的2.8μm连续激光特性研究
5.3 基于SESAM的2.8μm调 Q锁模理论与实验研究
5.4 基于MXene吸收体的2.8μm调 Q锁模激光特性研究
5.5 基于克尔透镜效应的2.8μm自锁模激光特性研究
5.5.1 克尔透镜锁模
3+:CaF2-SrF2 混晶的2.8μm自锁模激光器研究"> 5.5.2 基于Er3+:CaF2-SrF2 混晶的2.8μm自锁模激光器研究
5.6 本章小结
3+氟化钙单晶光纤2.8μm激光特性研究">第六章 LD泵浦掺Er3+氟化钙单晶光纤2.8μm激光特性研究
6.1 单晶光纤简介
3+:CaF2 单晶光纤的光谱特性研究"> 6.2 Er3+:CaF2 单晶光纤的光谱特性研究
3+:CaF2 单晶光纤的连续和脉冲激光特性研究"> 6.3 LD泵浦Er3+:CaF2 单晶光纤的连续和脉冲激光特性研究
3+:CaF2 单晶光纤2.8μm连续激光特性研究"> 6.3.1 Er3+:CaF2 单晶光纤2.8μm连续激光特性研究
3+:CaF2 单晶光纤2.8μm脉冲激光特性研究"> 6.3.2 Er3+:CaF2 单晶光纤2.8μm脉冲激光特性研究
6.4 本章小结
第七章 总结和展望
7.1 研究内容及主要结论
7.2 不足之处及下一步计划
参考文献
攻读学位期间参与的课题、获得的奖励及发表的论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]High power and energy generation in a Nd:YAG single-crystal fiber laser at 1834 nm[J]. YAQI CAI,BIN XU,YUNSHAN ZHANG,QINGYU TIAN,XIAODONG XU,QINGSONG SONG,DONGZHEN LI,JUN XU,IVAN BUCHVAROV. Photonics Research. 2019(02)
[2]2.8 μm all-fiber Q-switched and mode-locked lasers with black phosphorus[J]. ZHIPENG QIN,GUOQIANG XIE,JINGUI MA,PENG YUAN,LIEJIA QIAN. Photonics Research. 2018(11)
[3]Antimonene: a long-term stable two-dimensional saturable absorption material under ambient conditions for the mid-infrared spectral region[J]. HONGYU LUO,XIANGLING TIAN,YING GAO,RONGFEI WEI,JIANFENG LI,JIANRONG QIU,YONG LIU. Photonics Research. 2018(09)
[4]Self-Q-switched and wavelength-tunable tungsten disulfide-based passively Q-switched Er:Y2O3 ceramic lasers[J]. XIAOFENG GUAN,JIAWEI WANG,YUZHAO ZHANG,BIN XU,ZHENGQIAN LUO,HUIYING XU,ZHIPING CAI,XIAODONG XU,JIAN ZHANG,JUN XU. Photonics Research. 2018(09)
[5]Generation of 84-fs pulses from a mode-locked Tm:CNNGG disordered garnet crystal laser[J]. ZHONGBEN PAN,YICHENG WANG,YONGGUANG ZHAO,HUALEI YUAN,XIAOJUN DAI,HUAQIANG CAI,JI EUN BAE,SUN YOUNG CHOI,FABIAN ROTERMUND,XAVIER MATEOS,JOSEP MARIA SERRES,PAVEL LOIKO,UWE GRIEBNER,VALENTIN PETROVI. Photonics Research. 2018(08)
[6]Bismuth nanosheets as a Q-switcher for a mid-infrared erbium-doped SrF2 laser[J]. JINGJING LIU,HAO HUANG,FENG ZHANG,ZHEN ZHANG,JIE LIU,HAN ZHANG,LIANGBI SU. Photonics Research. 2018(08)
[7]铜片夹扣键合QFN功率器件封装技术[J]. 霍炎,吴建忠. 电子与封装. 2018(07)
[8]Passively Q-switched erbium doped fiber laser using a gold nanostars based saturable absorber[J]. ZHE KANG,MINGYI LIU,ZHENWEI LI,SIQING LI,ZHIXU JIA,CHENGZHI LIU,WEIPING QIN,GUANSHI QIN. Photonics Research. 2018(06)
[9]铒激光治疗口腔疾病的应用进展[J]. 罗瑞,王道春. 医学综述. 2018(07)
[10]原油输送管道内腐蚀现状及最新研究进展[J]. 黄贤滨,倪广地,张艳玲,陈文武. 材料保护. 2017(10)
博士论文
[1]激光二极管泵浦新型掺镱全固态飞秒激光器[D]. 高子叶.西安电子科技大学 2016
[2]基于石墨烯锁模全固态超快激光器件研究[D]. 徐金龙.山东大学 2012
硕士论文
[1]全固态1.3μm波段锁模激光特性研究[D]. 杨英.山东大学 2013
[2]SESAM被动锁模侧泵Nd：YAG激光器[D]. 李霄.国防科学技术大学 2007
本文编号：2986607
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