无激发态吸收的Yb3+离子非线性可饱和吸收现象和机理的研究

被动调Q激光器常用的可饱和吸收体属于四能级结构，具有激发态吸收（ESA），在激光腔内会产生残余吸收损耗，降低激光效率。.本项目组首次提出采用简单二能级结构的Yb3+离子作可饱和吸收离子，无激发态吸收、饱和状态下透过率可以达到100%，可以形成一种理想的被动Q开关，并在我们的前期工作中采用Yb3+（Na+）:CaF2晶体作被动Q开关初步实现了对1μm波段的被动调Q激光输出。.在此基础上，本项目选用立方结构的CaF2、SrF2及其混晶即Ca1-xSrxF2（x=0~1）作为Yb3+离子的基质材料，并通过共掺Na+、K+离子等、可以方便地调控掺杂离子的晶场环境和配位结构，以调控Yb3+离子的吸收截面或可饱和吸收波长范围，实现对1μm波段激光的高效率被动调Q激光运转。

本项目采用具有简单二能级结构、无激发态吸收、饱和状态下透过率可以达到100%的镱离子作为可饱和吸收离子，选择氟化物做晶体基质，获得理想被动Q开关。本项目组采用温梯法及坩埚下降法，通过共掺Na+或Y3+，生长了不同Ca/Sr比例、不同掺杂浓度的Yb(Na):Ca1-xSrxF2及Yb(Y):CaF2激光晶体，实现离子共掺对稀土离子晶场环境和配位结构的调控。毛坯直径3英寸，晶体完整透明、光学质量较高。系统研究了晶体结构、分凝系数、热导率和光谱性能，以及光谱性能的温度效应。在此基础上，与激光技术研究机构开展了合作研究，实现了Yb:Ca1-xSrxF2晶体在1μm波段的被动调Q和自调Q激光运转。特别是Yb:Ca0.5Sr0.5F2晶体在1060nm处实现自调Q激光输出，脉冲能量30.8μJ，峰值功率9.2W，斜效率18.9%；采用Yb:Ca0.5Sr0.5F2晶体饱和吸收体、Yb:Sc2SiO5晶体做增益介质，获得连续有效被动调Q激光器运转，中心波长1085nm处，最大平均输出功率1.63W，重复频率129.5kHz，脉冲宽度763.3ns。本项目所取得的研究成果包括申请发明专利4项；出版英文专著章节1次；发表学术论文37篇，其中SCI收录34篇、EI收录3篇，包含光学领域重要期刊Optics Letter、Optics Express、Laser Physics、Applied Physics Letters、Laser Physics Letters、Applied Physics B、Applied Optics等；国际学术会议口头报告1次。