高浓度稀土掺杂化学配比纳米激光材料的制备及光学性能研究

激光工作介质是激光器的核心部分之一，研制新型纳米"流体激光"材料（即一种集固体激光和液体激光于一身的新型激光工作物质），是解决固体激光物质热管理问题的有效方法。针对目前纳米激光材料低掺杂、短寿命及在液体中分散浓度低的问题，本项目提出开展高浓度稀土掺杂化学配比纳米激光材料的研究工作。利用低温水热合成-原位修饰法，设计、制备出一系列稀土离子或者碱金属离子（Y3+、La3+、Li+、K+等）稀释的五磷酸钕纳米激光材料。通过探明掺杂离子比例、纳米结构等对其发光性能的影响规律，制备出颗粒尺寸在50～100 nm之间、掺杂浓度达到9～15 mol%、寿命在100 μs以上的纳米激光材料；优选出可满足激光输出参数、安全稳定的含氟、溴及硅等液体介质；通过调整固-液体系的折射率和极性，获得具有高增益、低光学损耗得新型流体激光材料，最终实现流体激光的动态输出，为探索发展新型激光材料和激光器件提供理论与技术依据

固体激光器因其固有的热损伤问题制约了它的重复使用率、使用范围、运转周期和寿命，限制了其在一些领域中的应用。针对上述问题，本项目开展了新型液体激光材料及器件的研究工作。研究了高掺杂浓度、高荧光寿命和低猝灭率的化学配比纳米晶的小尺寸制备技术；利用纳米分散技术获得了透明、稳定、离子浓度在1~2×1020cm3的纳米分散液；对纳米流体分散体系进行了理论模拟和计算，建立了纳米尺寸、分散剂折射率与散射损耗的关系；研究了分散液透过率、荧光寿命、发射截面等参数与激光阈值的关系。设计了纳米流体材料的泵浦方案并进行了初步的静态泵浦试验，为探索发展新型激光材料和激光器件提供理论和技术依据。