基于Dy:Ln2O3-Al2O3体系的微下拉法高通量晶体制备筛选及直接泵浦实现高功效黄光激光的研究

基本信息
批准号:51872286
项目类别:面上项目
资助金额:60.00
负责人:王燕
学科分类:
依托单位:中国科学院福建物质结构研究所
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:游振宇,李坚富,潘婷钰,徐兰兰,刘云云,胡明远,张伟,练颖姝,张艳平
关键词:
黄光激光掺镝激光晶体晶体生长结晶生长的化学键合理论光谱性能
结项摘要

Yellow laser is located in the sensitive band of human eyes, which has found many important potential applications in the fields of biomedicine, laser display and military etc. The visible lasers such as red, green and blue lasers have been achieved through LD pumping and double-frequency techniques, but only yellow lasers can't be realized directly by these methods owing to lack of relative fundamental frequency light. Therefore, we bring forward to Dy3+ activated Ln2O3-Al2O3 binary system crystals to achieve all-solid yellow laser under blue LD pumping directly. This binary system owns the following advantages: high dielectric coefficient, broad band gap, high thermal conductivity, and low maximum phonon energy, etc. Furthermore, bulk single crystals of them are relatively easy to obtain by the micro-pulling-down method and the Czochralski technique because most of the binary system crystals melt congruently. .In this project, firstly, 4f orbital hybridization model is built on the basis of Dy3+ activated Ln2O3-Al2O3 binary system, the crystal structure and elements are designed and the high-throughput crystal growth by using the micro-pulling-down method is carried out, and then their structure and defects analyses, physicochemical and spectral properties characterization are presented. The emphasis is to study on the relationship between the crystal structures and characterizations, and present the theoretical and experimental researches on the energy levels outcoupling by co-doping with other kinds of sensitization ions, and thus regulate the emission peaks and improve the fluorescence quantum efficiency within the yellow emission bands. Next, 2~3 kinds of appropriate crystals are screened and optimized, and the large-sized crystals with high optical quality are obtained by the Czochralski technique. Finally, laser cavity and the coating film parameters are designed and the stable yellow laser with high efficiency is achieved under LD pumping, and further providing foundation for their reality applications.

黄光激光位于人眼敏感波段,在生物医学、激光显示和军事等领域具有重要的应用。通过对LD泵浦的晶体进行倍频已获得红、绿、蓝等可见光波段的激光输出,唯独黄光激光因缺少相应的基频光而无法倍频直接实现。本项目拟采用蓝光LD抽运Dy:Ln2O3-Al2O3晶体直接实现黄光激光。该体系具有介电常数大、带隙宽、热导率高、声子能量低等优点,而且大多同成分熔化,采用微下拉法或提拉法较易获得优质晶体。首先,基于该二元体系构建4f轨道杂化模型进行结构选型和组成设计,然后采用微下拉法高通量制备晶体光纤,研究其结构、缺陷、物化和光谱性能等,重点是研究晶体结构与性能之间的关系,并共掺其它敏化离子进行能级耦合的理论及实验研究,进行量子剪裁,调制黄光峰值波长,提高发光量子效率。接着从中筛选优化出2~3种合适的晶体类型,采用提拉法生长出大尺寸高质量晶体。最后设计激光腔和膜系参数,利用LD泵浦直接实现高效、稳定的黄光激光输出。

项目摘要

全固态黄光激光在激光显示、雷达、生物医学等方面具有重要的应用。本项目以Dy:Y2O3-Al2O3二元体系作为研究对象,高通量制备了Dy3+激活的荧光粉、单晶和混晶等,系统研究其物化、力学、热学、光学、光谱学和激光性能等。本项目的主要研究内容和成果如下:.(1)研究了Dy3+掺杂的YAlO3(YAP)、Y3Al5O12(YAG)、Y4Al2O9和LaMgAl11O19等系列荧光粉的合成和光谱性能。采用高温固相烧结法高通量合成了不同浓度Dy3+掺杂的荧光粉,研究其物相结构和光谱性能等,计算了色度坐标,通过分析比较得出实现黄光发射的最佳掺杂浓度。.(2)研究了Dy3+激活的YAG、(Lu,Y)3Al5O12和YAP等晶体的生长、结构、缺陷、力学性能和光谱性能等。采用提拉法生长获得最大尺寸ф28mm×120mm的高质量Dy:YAG晶体,采用纳米压痕法对晶片的力学性能进行了测试分析,分析了各晶体中Dy3+的浓度效应与荧光动力学,详细研究并总结了晶体的结构与光谱性能的关系。. (3)研究了共掺敏化离子对Dy3+:YAG、Dy3+:YAP和Dy3+:(Lu,Y)3Al5O12等晶体黄光性能的影响。采用提拉法生长了Dy3+与Cr3+、Ce3+、Tb3+、Eu3+、Pr3+、Ho3+等离子分别共掺杂的YAG晶体,以及Dy3+与Tb3+、Tm3+、Yb3+等离子分别共掺杂的YAP晶体等,通过对其吸收光谱、荧光光谱和衰减曲线的测试研究,发现在Dy,Tb:YAG和Dy,Eu:YAG晶体中,Tb3+和Eu3+使得黄光波段的发光量子效率和发射截面增大,在一系列Dy3+:(Lu,Y)3Al5O12混晶中Dy:Lu1.5Y1.5Al5O12具有最大的黄光发射强度,从中筛选优化出Dy,Tb:YAG和Dy,Eu:YAG、Dy:Lu1.5Y1.5Al5O12等晶体为黄光激光增益介质。.(4)研究了Dy3+激活YAG晶体的激光性能。.从生长的晶体中切割加工出多种尺寸的晶体器件,研究其激光性能。利用447nm半导体激光二极管泵浦2at%Dy3+:YAG晶体,获得了中心波长为582.5nm、最大输出功率为166.8μW的黄光激光输出,这是该晶体首次实现连续运转的黄光激光输出。.本项目实施期间在国内外学术刊物上发表论文16篇,授权专利4项,申请国内发明专利2项,培养研究生4名,完成了项目的任务和指标。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

DOI:10.19713/j.cnki.43-1423/u.t20201185
发表时间:2021
2

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

DOI:10.16507/j.issn.1006-6055.2021.09.006
发表时间:2021
3

栓接U肋钢箱梁考虑对接偏差的疲劳性能及改进方法研究

栓接U肋钢箱梁考虑对接偏差的疲劳性能及改进方法研究

DOI:10.3969/j.issn.1002-0268.2020.03.007
发表时间:2020
4

氯盐环境下钢筋混凝土梁的黏结试验研究

氯盐环境下钢筋混凝土梁的黏结试验研究

DOI:10.3969/j.issn.1001-8360.2019.08.011
发表时间:2019
5

空气电晕放电发展过程的特征发射光谱分析与放电识别

空气电晕放电发展过程的特征发射光谱分析与放电识别

DOI:10.3964/j.issn.1000-0593(2022)09-2956-07
发表时间:2022

王燕的其他基金

批准号:81560695
批准年份:2015
资助金额:38.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:40572169
批准年份:2005
资助金额:40.00
项目类别:面上项目
批准号:31500854
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31501622
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81000547
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81671700
批准年份:2016
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
批准号:61904201
批准年份:2019
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30700162
批准年份:2007
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31501759
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31301164
批准年份:2013
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51278259
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:81671252
批准年份:2016
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:10801114
批准年份:2008
资助金额:12.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11902131
批准年份:2019
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50778092
批准年份:2007
资助金额:34.00
项目类别:面上项目
批准号:61201411
批准年份:2012
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51078194
批准年份:2010
资助金额:38.00
项目类别:面上项目
批准号:81503618
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51504083
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51203040
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:59702005
批准年份:1997
资助金额:11.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81260518
批准年份:2012
资助金额:49.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81001214
批准年份:2010
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81560745
批准年份:2015
资助金额:37.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81571390
批准年份:2015
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:81503075
批准年份:2015
资助金额:18.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50808114
批准年份:2008
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31301800
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81760833
批准年份:2017
资助金额:30.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81100258
批准年份:2011
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31772646
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:40002014
批准年份:2000
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81360541
批准年份:2013
资助金额:49.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:61308096
批准年份:2013
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61772217
批准年份:2017
资助金额:50.00
项目类别:面上项目
批准号:81602229
批准年份:2016
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81860808
批准年份:2018
资助金额:31.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81772188
批准年份:2017
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:10474085
批准年份:2004
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:81860643
批准年份:2018
资助金额:35.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:41606082
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81402974
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51472240
批准年份:2014
资助金额:83.00
项目类别:面上项目
批准号:81403410
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81200097
批准年份:2012
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81903988
批准年份:2019
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11126022
批准年份:2011
资助金额:5.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:60407007
批准年份:2004
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21377072
批准年份:2013
资助金额:82.00
项目类别:面上项目
批准号:11371307
批准年份:2013
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
批准号:30900205
批准年份:2009
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41907102
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61574084
批准年份:2015
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:51406079
批准年份:2014
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51874120
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:30872464
批准年份:2008
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:30270608
批准年份:2002
资助金额:19.00
项目类别:面上项目
批准号:31801159
批准年份:2018
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31872927
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:21602238
批准年份:2016
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61176034
批准年份:2011
资助金额:74.00
项目类别:面上项目
批准号:81101235
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51678316
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:61401459
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

全固态光泵浦Dy:YAG陶瓷黄光激光特性研究

批准号:61405236
批准年份:2014
负责人:高静
学科分类:F0506
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
2

基于直接泵浦自喇曼黄光的共振泵浦钛宝石激光器研究

批准号:61178028
批准年份:2011
负责人:丁欣
学科分类:F0506
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
3

基于Yb:CGA晶体的半导体直接泵浦的高功率飞秒激光器研究

批准号:61905287
批准年份:2019
负责人:孟祥昊
学科分类:F0506
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
4

新型黄光晶体Dy,Tb:GdScO3的生长及激光性能研究

批准号:51702322
批准年份:2017
负责人:彭方
学科分类:E0201
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目