Yb3+敏化作用下Ho3+:CaF2透明陶瓷的微结构控制及3μm中红外激光性能研究

基本信息
批准号:51902234
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:李威威
学科分类:
依托单位:武汉理工大学
批准年份:2019
结题年份:2022
起止时间:2020-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
激光陶瓷激光性能透光率微观结构散射损耗
结项摘要

Mid-infrared laser is the research focus in the field of solid-state laser at present because of its potential applications in the field of communication, remote sensing, medicine, military and so on. The bottleneck of development of mid-infrared laser technology is the laser materials. In order to solve the difficult problem that the absorption peaks of Ho3+:CaF2 transparent ceramics with great potential applications in mid-infrared lasers do not match the existing commercial laser diodes, co-doped with sensitized Yb3+ ion in Ho3+:CaF2 transparent ceramics to increase the luminescent efficiency of 3μm by the method of energy transfer. By systematically studying the control microstructure of Yb3+,Ho3+ co-doped CaF2 transparent ceramics fabricated by hot-pressed(HP) method and the laser performance of Yb3+,Ho3+ co-doped CaF2 transparent ceramics, the synthesis method of high-purity, low-agglomeration and uniform Yb3+,Ho3+ co-doped doped CaF2 nanopowders will be explored. The key technology of fabrication of high-optical quality of CaF2 transparent ceramics will be break and the scientific problems in the preparation of CaF2 transparent ceramics will be solved. This project will also analysis the enhancement mechanism of the infrared properties by analyzing the spectral properties to achieve the goal of laser output in the wavelength of 3 μm. This project will greatly promote the development of mid-infrared solid-state laser, and has important significance for the development of CaF2 transparent ceramics with practical value and independent intellectual property rights in China.

中红外激光在通讯、遥感、医疗、军事等领域均有重要的应用价值和前景,是目前固体激光领域的研究热点。中红外激光技术发展的瓶颈在于激光材料。本项目针对具有应用潜力的Ho3+:CaF2透明陶瓷吸收峰不匹配现有商业激光二极管这一难题,提出在Ho3+:CaF2透明陶瓷中引入Yb3+敏化离子,旨在通过能量转移的方式提高Ho3+离子在3μm处的荧光效率。通过对热压烧结过程中Yb3+/Ho3+共掺CaF2透明陶瓷微结构控制及激光性能的系统研究,探索出高纯、超分散Yb3+/Ho3+共掺CaF2纳米粉体的可控合成方法;突破高光学质量CaF2透明陶瓷的关键制备技术,解决CaF2透明陶瓷的制备科学问题;解析Yb3+离子对Ho3+:CaF2透明陶瓷中红外光谱性能增强机制,实现高效率3μm激光输出。本项目的立项将会大力促进中红外固体激光器的发展,对我国发展具有实用价值和自主知识产权的CaF2透明陶瓷具有重要的现实意义。

项目摘要

中红外激光在通讯、遥感、医疗、军事等领域均有重要的应用价值和前景,是目前固体激光领域的研究热点。中红外激光技术发展的瓶颈在于激光材料。本项目针对具有应用潜力的Ho3+:CaF2透明陶瓷吸收峰不匹配现有商业激光二极管这一难题,通过在Ho3+:CaF2透明陶瓷中引入Yb3+敏化离子,提高Ho3+离子在3μm处的荧光效率。通过对热压烧结过程中Yb3+/Ho3+共掺CaF2透明陶瓷微结构控制及激光性能的系统研究,探索出高纯、超分散Yb3+/Ho3+共掺CaF2纳米粉体的可控合成方法,突破高光学质量CaF2透明陶瓷的关键制备技术,解决CaF2透明陶瓷的制备科学问题;解析Yb3+离子对Ho3+:CaF2透明陶瓷中红外光谱性能增强机制,实现激光输出。.通过三年的研究,实现了高纯、超分散Yb3+/Ho3+共掺CaF2纳米粉体的可控合成,原料粉体粒径仅为30nm,分散均匀,无明显团聚。成功制备了高光学质量的Ho:CaF2、Yb:CaF2以及Yb3+/Ho3+共掺CaF2透明陶瓷,内部无明显气孔。4mm厚的Yb3+/Ho3+共掺CaF2透明陶瓷样品在400nm和1200nm处的透光率分别达到了59.1%和88.4%。通过改变Yb3+、Ho3+离子的掺杂浓度,探索出Ho3+离子最佳的掺杂浓度为1at.%。解析了掺杂浓度对中红外光谱性能的调控规律,随着Yb3+离子掺杂浓度的增加,2.8μm处的荧光强度逐渐增大。当Yb3+离子掺杂浓度为9at.%时,光学透光率下降明显。结合光学质量和荧光强度的结果,得到Yb3+离子最优掺杂浓度为7at.%。特别是通过项目资助,在国内率先实现了Yb:CaF2透明陶瓷0.8W的连续激光输出、带宽为60nm的调谐激光输出以及575fs的短脉冲激光输出。这是继法国、日本后第三个实现CaF2透明陶瓷激光输出的国家,打破了国外发达国家对这一技术的垄断。通过项目实施,为研究开发高效率中红外激光材料奠定了较好的基础。截至目前共发表SCI论文12篇,培养硕士研究生2名。.

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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