中红外波段热效应驱动型光学双稳态激光产生机理及调控研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61605068
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0506.激光
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Optical bistability was on of the most important dynamics in laser physics and it has drawn great attention in the past years. Current optical bistability in mid-infrared wavelength region has rather low output power and the applications in many fields were greatly limited. Heavy thermal effects in Tm:YAG and Er:YAG laser systems have great impact on the laser performance. The thermal-induced laser bistability has high power difference, tunable bistable region and versatile appearance and the application fields are largely expanded. Laser ceramics have similar optical properties with single crystals and is easier to facilitate non-uniform doping. This project will start from further monitor the thermal induced bistability that was currently observed. The influences of laser cavity, pump power, pump beam shape, doping concentration and the material on the laser bistability would be investigated in detail. A comprehensive theoretical model would be built to illustrate this phenomenon and expand the application fields. By manipulation of the heat fields, we can understand the mutual influences between the laser field, the heat field and the thermal effects. Further study in 3μm region in Er:YAG ceramic lasers would also help to expand the application field and finally achieve mature application of thermal-induced laser bistability in mid-infrared wavelength region.
光学双稳态作为激光物理学中最重要的动力学行为之一,一直被人们致以广泛的关注。现有的中红外波段的双稳激光系统受到功率限制,应用领域受到了极大的限制。Tm:YAG系统中和Er:YAG系统中的热效应严重且对激光器性能影响较大。新型热效应诱导性双稳态具有功率识别度高、双稳范围可调、双稳领域较宽等优势,可以极大的拓展激光双稳态的应用领域。新型陶瓷具有可与晶体比拟的光学性质和更为便捷的制备方法。本项目将探索腔型、泵浦功率、泵浦光斑形貌、陶瓷掺杂、陶瓷种类等因素对该种双稳态效应的的影响规律,建立全面的理论框架及模型探究其他类型双稳态存在的可能性及其形成机理,深入理解高阶模下激光场、热场及宏观热效应之间的相互影响和相互作用机理。以新型多功能Er:YAG陶瓷材料为依托,研究热效应诱导型双稳态在Er:YAG激光器中的新型表现。最终实现新型热驱动型双稳态在中红外陶瓷激光器中的中的成熟应用。

结项摘要

本项目面向热效应驱动型2-3μm波段双稳态激光产生机理及调控技术,在新型饱和吸收体应用探索、新型激光陶瓷性能表征及级联非线性光学变频新现象探索方面取得了系列研究成果。通过深入研究与表征LD泵浦掺铥固体激光介质热效应,在Tm:Y2O3陶瓷中获得了7.25 W连续激光及最小脉冲宽度为115 ns的调Q激光输出,基于VBG实现了中心波长2101 nm、最高功率1.1 W的窄线宽连续激光输出,进一步利用金纳米棒作为可饱和吸收体,实现了2101nm的被动调Q运转,最小脉冲宽度为609ns;基于ReSe2、金纳米棒等新型饱和吸收体,研究了2-3μm波段固体激光短脉冲产生特性,利用ReSe2 宽带可饱和吸收体,在LD泵浦Tm:YLF、Tm:Y2O3激光器中实现了1.9-2.1μm被动调Q激光脉冲输出,并在Tm:YLF 激光器中首次实现了纳秒量级的2.3 μm 的被动调 Q 激光输出,最大输出功率为486 mW,脉冲宽度为716 ns,重复频率为5 kHZ;提出了基于腔内多阶次、多过程级联非线性变频的方案,分别获得了3295nm、3469nm双波长、1.6-1.7 μm多波长正交偏振激光输出。以上研究工作可有效拓展中红外波段双稳态激光的产生机理与技术途径,即基于饱和吸收特性的双稳态运转机制以及热效应与饱和吸收效应混合型双稳态激光产生的新现象探索。项目执行期内,团队成员在Opt. Express、Opt. Mater. Express 等期刊上发表论文8篇(标注资助号61605068),培养硕士研究生5名,获得国家自然科学基金委中俄国际合作交流项目1项。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Rhenium diselenide as the broadband saturable absorber for the nanosecond passively Q-switched thulium solid-state lasers
二硒化铼作为纳秒被动调Q铥固体激光器的宽带可饱和吸收体
  • DOI:
    10.1016/j.optmat.2018.12.042
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Optical Materials
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Wang Shiqiang;Huang Haitao;Liu Xuan;Chen Haiwei;Zhou Wei;Liu Sh;e;Shen Deyuan
  • 通讯作者:
    Shen Deyuan
A high-peak-power orthogonally-polarized multi-wavelength laser at 1.6-1.7 mu m based on the cascaded nonlinear optical frequency conversion
基于级联非线性光变频的高峰值功率正交偏振1.6~1.7μm多波长激光器
  • DOI:
    10.1364/oe.27.024857
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Chen Haiwei;Huang Haitao;Wang Shiqiang;Shen Deyuan
  • 通讯作者:
    Shen Deyuan
Diode-pumped continuous-wave and Q-switched Tm:Y2O3 ceramic laser around 2050 nm
二极管泵浦连续波和 Q 开关 Tm:Y2O3 陶瓷激光器,波长约 2050 nm
  • DOI:
    61308047,61605068andnsafu1430111
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Optical Materials Express
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Hui Wang;Haitao Huang;Pian Liu;Lin Jin;Deyuan Shen;Jian Zhang;Dingyuan Tang
  • 通讯作者:
    Dingyuan Tang
High efficiency nanosecond passively Q-switched 2.3 µm Tm:YLF laser using a ReSe2-based saturable output coupler
使用基于 ReSe2 的可饱和输出耦合器的高效纳秒被动 Q 开关 2.3 µm Tm:YLF 激光器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    OSA Continuum
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Shiqiang Wang;Haitao Huang;Haiwei Chen;Xuan Liu;Shan De Liu;Jinglong Xu;DE YUAN SHEN
  • 通讯作者:
    DE YUAN SHEN
Wavelength-locked Tm:Y2O3 ceramic laser with a volume Bragg grating
具有体布拉格光栅的波长锁定 Tm:Y2O3 陶瓷激光器
  • DOI:
    10.1117/1.oe.58.2.026114
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Optical Engineering
  • 影响因子:
    1.3
  • 作者:
    Wang Shiqiang;Liu Xuan;Huang Haitao;Shen Deyuan
  • 通讯作者:
    Shen Deyuan

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其他文献

冀北大滩盆地铀(钼)成矿流纹岩花岗斑岩SHRIMP锆石U-Pb定年及地球化学特征
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    郭国林
长三角地区城市化空间关联特征及内在机制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    崔耀平;刘玄;李东阳;邓晴心;徐佳宁;石欣瑜;秦耀辰
  • 通讯作者:
    秦耀辰
造山型金矿床成矿过程研究进展
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
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  • 作者:
    范宏瑞;丛培章;刘玄;杨奎锋
  • 通讯作者:
    杨奎锋
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  • 通讯作者:
    吴兵
温度和pH双重敏感型聚氨酯水凝胶的制备及性能
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    10.16865/j.cnki.1000-7555.2017.07.003
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周虎;熊一帜;余斌;刘玄;焦银春;周杰;王东东;漆志凌
  • 通讯作者:
    漆志凌

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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