掺铥倍半氧化物陶瓷协同跃迁调控机理及2.3μm波段激光特性研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61875077
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    52.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0506.激光
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

High-power and multiple-operation-state laser sources in the 2.3 µm spectral can find many promising applications in the detection of important trace gas, laser noninvasive detection and basic scientific research. 2.3 µm (3H4→3H5) laser generation from the directly LD-pumped Tm-doped solid-state materials is a promising technique. However, limited by the laser materials and laser transition losses, the research progress on the 2.3 µm Tm-doped lasers is relatively slow, and the corresponding several hundreds of milliwatts output power is far less than the transition in the common 2 µm spectral of Tm-doped lasers (3F4→3H6). The project proposes a research plan for realizing high efficient generation of 2.3 µm laser in Tm-doped sesquioxide ceramics based on the regulation mechanism of collaborative transition. Tm-doped sesquioxide ceramics with low phonon energy and high thermal conductivity will be chosen as the gain medium.The 2 µm laser transition of 3F4→3H6 in Tm3+ will be collaboratively used to open up new channels for population transfer, realizing the effective population of 3H4 level. This project aims to carry out the research on the fabrication and characterization of Tm-doped sesquioxide ceramics, modelling and regulating the mechanisms of collaborative laser transition, realization of high power continuous-wave (CW) laser operation, and Q-switching and mode-locking operation of 2.3 µm Tm-doped sesquioxide ceramic laser. CW output power larger than 5W, 100ns-level Q-switched pulses and ps mode-locked pulses are expected to be achieved, respectively. It is expected that the implementation of this project can provide new effective methods and laser materials for the high power 2.3 µm Tm-doped solid-state lasers.
高功率、多运转状态的2.3μm波段激光在重要痕量气体探测、激光无创检测及基础科学研究方面有重要的应用前景。利用LD泵浦掺铥固体介质产生2.3μm(3H4→3H5)激光是有潜力的技术方案。但受制于激光介质及跃迁损耗等,掺铥2.3μm波段激光研究进展相对缓慢,数百毫瓦级输出功率远落后于其常规的2μm波段(3F4→3H6)。本项目提出基于协同跃迁效应实现掺铥倍半氧化物陶瓷2.3μm激光高效产生的方案,以低声子能量、高热导率倍半氧化物陶瓷作为激光介质,利用Tm3+自身2μm跃迁开辟粒子数转移的新通道,实现3H4能级粒子数的有效布局。项目旨在通过激光陶瓷制备与表征、协同跃迁机制建模与调控、高功率连续激光运转、调Q与锁模脉冲运转等研究的开展,实现高功率连续激光(>5W)、100-ns级调Q及ps锁模脉冲激光运转。希望通过本项目的实施,能够为高功率2.3μm波段固体激光提供有效的技术和材料支撑。

结项摘要

项目团队围绕提升与拓展2.3 µm掺铥固体激光器运转性能的目标,从泵浦方案、跃迁调控、激光材料及脉冲产生等方面开展了系统性研究工作。采用785 nm LD直接泵浦方案,在掺铥晶体中实现了瓦级连续功率输出及输出波长的有效拓展,表明利用LD直接抽运Tm单掺固体介质产生高功率2.3 μm波段激光是重要的技术途径之一。进一步利用Cr:ZnSe、ReSe2、金纳米棒等饱和吸收体,实现了2.3 μm掺铥固体激光器的被动调Q运转。在跃迁机制调控方面,在Tm3+单掺固体激光介质中实现了基于协同跃迁的1.9μm(3F4-3H6)和2.3μm (3H4-3H5) 波段的双波长激光运转。利用三镜腔研究了由一个共输入镜和两个独立的输出耦合器构成的双波长激光器运转性能,实现了785 nm LD泵浦Tm:YLF 1.9和2.3 μm的双波长激光同步振荡。在连续运转状态下,1908 nm的连续输出功率为5.49 W,2305 nm的连续输出功率为1.12 W,总的光-光转换效率为43.5%。相对于2.3μm单波长激光运转的传统方案,协同跃迁机制下2.3μm激光输出功率提升了14.3%。进一步使用Cr:ZnSe实现了被动调Q双波长激光运转。针对3F4能级的粒子数捕获效应,进一步提出了GSA和ESA双波长泵浦2.3 μm掺铥激光器的方案,为该波段掺铥激光器实现更高输出功率提供了一种有效技术手段。将785 nm(GSA)、1470 nm(ESA)双波长泵浦方案应用于Tm:YLF晶体,实现了1.8 W 2.3 μm连续激光输出,相对于0.8 μm单波长泵浦,输出功率提升了60%。对于Tm:YAP晶体,双波长泵浦下2.3μm激光的最大输出功率达2.28 W,相比单波长泵浦方案功率提升了65.2%。进一步利用Tm:YAP晶体3H4→3H5跃迁各向异性的宽带发射光谱特性,采用特殊镀膜的输出镜及双波长泵浦方案,实现了1.62 W 2446 nm激光输出,丰富了掺铥固体激光器的输出波长,相关工作入选《中国激光》杂志先进中红外激光技术及应用特别专题。研究团队基于新型级联非线性变频等方案,开发了786 nm、1.7 μm等波段纳秒量级脉冲激光器。根据掺铥激光材料的吸收特性,以上波段的激光器可以用于泵浦掺铥固体介质,进一步实现增益开关型脉冲激光产生,从而拓展2.3 μm掺铥固体激光器运转模式。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
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:
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  • 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
基于腔内级联变频的0.63μm波段多波长激光器
  • DOI:
    10.3788/cjl201946.0801003
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国激光
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈海伟;黄海涛;王石强;沈德元
  • 通讯作者:
    沈德元
Self-cascaded noncritically-phase-matched KTP optical parametric oscillator for generating orthogonally polarized multi-wavelength emissions at 3 μm
自级联非临界相位匹配 KTP 光参量振荡器,用于生成 3 μm 正交偏振多波长发射
  • DOI:
    10.1016/j.optlastec.2022.108536
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Optics and Laser Technology
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Yushuo Bao;Haitao Huang;Fei Wang;Chengjin Shi
  • 通讯作者:
    Chengjin Shi
低频移拉曼模式多阶级联的 1.7 μm 激光器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    红外与激光工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    鲍玉朔;黄海涛;陈海伟;王飞;李子涵
  • 通讯作者:
    李子涵
GSA和ESA双波长泵浦2.3μm波段Tm∶YAP激光器
  • DOI:
    10.3788/cjl202249.0101022
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    中国激光
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王飞;黄海涛;鲍玉朔;李子涵;沈德元
  • 通讯作者:
    沈德元

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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

        graph TD
          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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