钕掺杂氧化镥单晶生长及其人眼安全波段激光特性研究

1.5 微米附近激光属于人眼安全波段，是大气传输窗口，在激光测距、激光雷达、激光遥感、光通信等领域，有着广泛的应用前景。目前其实现方式主要为Er玻璃或Nd:YAG直接输出、OPO和受激拉曼散射等三种手段，其输出功率较低、激光装置复杂，限制了该波段激光的应用。.针对人眼安全波段激光研究现状，本项目拟对具有潜在应用价值的钕掺杂氧化镥晶体进行探索。该晶体既具有高熔点、高热导率和低声子能量等优势，更对1.3微米波段具有强烈的吸收，不用特殊抑制即可获得4F3/2-4I13/2跃迁1.49微米人眼安全波段激光。但受限于其高的熔点，目前国际上对于该类晶体的研究尚处于初始阶段。.本项目拟采用合适的光学浮区法进行晶体生长，包括了晶体生长、晶体物理性能以及大功率连续和脉冲人眼安全波段激光的优化输出等方面的内容，着眼于稀土氧化物晶体的基础研究，将晶体生长、晶体物理以及激光器优化设计相结合，为其实用化奠定基础。

本项目针对人眼安全波段激光的研究现状，以具有潜在应用价值的钕掺杂氧化镥晶体为研究核心，探索了钕掺杂氧化镥晶体生长、物理特性和激光性能等，完成了对掺钕氧化镥晶体的全面评价并实现了其激光特别是人眼安全波段激光的有效输出和在涡旋光束中的应用；进一步推广到其他高熔点氧化物晶体（包括铥掺杂氧化镥晶体、钕掺杂钇镓石榴石、钕掺杂低对称性钒酸镧晶体等），实现了其在全固态激光中应用；以脉冲人眼安全激光为基础，发展了拓扑绝缘体、MoS2、VO2等二维脉冲调制器件，实现了包括人眼安全波段在内的宽波段脉冲调节和脉冲激光输出。具体来说：（1）找到了光学浮区法和提拉法生长高熔点钕掺杂氧化镥晶体、铥掺杂氧化镥晶体、钕掺杂钇镓石榴石晶体、钕掺杂低对称钒酸镧晶体等的优化生长工艺，稳定获得了高质量、大尺寸晶体；（2）实现了上述晶体热学性质、光谱特性等激光应用相关性能的测量，并在此基础上结合理论计算，实现了其综合评估，为后续激光应用提供实验和理论基础；（3）通过优化设计，在钕掺杂氧化镥、钕掺杂钇镓石榴石以及钕掺杂钒酸镧晶体中实现国际最高激光特别是人眼安全激光的连续输出；（4）以V:YAG和Cr:YAG作为脉冲调制器件，实现了其1.06µm和1.4 µm人眼安全脉冲激光的稳定输出，并以其全固态激光为基础，发展了拓扑绝缘体、MoS2、VO2等二维脉冲调制器件，实现了包括人眼安全波段激光在内的1.06到2.1 µm脉冲激光调制，相关研究成果被Nature Photonics选为Research Highlights重点报道；（5）实现了钕掺杂氧化镥晶体的多波长涡旋光束，验证了多波长涡旋激光产生过程中的角动量并存特性，并实现了脉冲涡旋激光的直接产生，相关研究成果受到《Physics Today》杂志的重点评论报道，认为“实现了一种可控、直接产生的新方法”。发表包括Adv. Mater.（1篇）、Adv. Opt. Mater.（1篇）、Laser& Photon. Rev.（2篇）、Sci. Rep. （2篇）、Appl. Phys. Lett.（3篇）、Opt. Lett.（2篇）等在内的 SCI论文15篇，授权发明专利1项，申请发明专利3项，相关成果被评为“2013中国光学重要成果”，培养博士研究生3名(毕业1名)，硕士研究生3名（毕业1名）。. 综上所述，圆满完成项目预定目标！