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

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51902234
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    李威威
  • 依托单位：
    武汉理工大学
  • 学科分类：
    E0206.功能陶瓷
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

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。

结项摘要

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

期刊论文数量（12）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
575-fs passively mode-locked Yb:CaF(2)ceramic laser
575-fs 被动锁模 Yb:CaF(2) 陶瓷激光器
  • DOI：
    10.1039/c0cc00889c
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Chinese Physics B
  • 影响因子：
    1.7
  • 作者：
    Wang Cong;Hao Qian-Qian;Li Wei-Wei;Huang Hai-Jun;Wang Shao-Zhao;Jiang Peng;Liu Jie;Mei Bing-Chu;Su Liang-Bi
  • 通讯作者：
    Su Liang-Bi
Effect of reactive raw materials and pre-loading pressure on the microstructure and transmittance of pure CaF2 transparent ceramics
反应原料和预压压力对纯CaF2透明陶瓷微观结构和透光率的影响
  • DOI：
    10.1016/j.matchemphys.2023.127315
  • 发表时间：
    2023
  • 期刊：
    Materials Chemistry and Physics
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Lin Chen;Bingchu Mei;Weiwei Li;Zhiwei Zhou;Yu Yang;Yongqiang Zhang
  • 通讯作者：
    Yongqiang Zhang
Effect of ZrO2 Content on Microstructure Evolution and Sintering Properties of (Tb0.7Lu0.3)2O3 Magneto-Optic Transparent Ceramics
ZrO2含量对(Tb0.7Lu0.3)2O3磁光透明陶瓷微观结构演变及烧结性能的影响
  • DOI：
    10.3390/magnetochemistry8120175
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Magnetochemistry
  • 影响因子：
    2.7
  • 作者：
    Yu Xin;Tao Xu;Yaozhi Wang;Peng Luo;Weiwei Li;Bin Kang;Bingchu Mei;Wei Jing
  • 通讯作者：
    Wei Jing
Effect of NaF doping on the transparency, microstructure and spectral properties of Yb3+: CaF2 transparent ceramics
NaF掺杂对Yb3:CaF2透明陶瓷透明度、显微结构和光谱性能的影响
  • DOI：
    10.1016/j.jeurceramsoc.2020.06.001
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Journal of the European Ceramic Society
  • 影响因子：
    5.7
  • 作者：
    Li Weiwei;Jing Wei;Mei Bingchu;Zhai Pengfei;Yang Yu;Song Jinghong
  • 通讯作者：
    Song Jinghong
Fabrication, microstructure and laser performance of Yb3+ doped CaF2-YF3 transparent ceramics
Yb3掺杂CaF2-YF3透明陶瓷的制备、显微结构及激光性能
  • DOI：
    10.1016/j.ceramint.2020.05.003
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Ceramics International
  • 影响因子：
    5.2
  • 作者：
    Li Weiwei;Huang Haijun;Mei Bingchu;Wang Cong;Liu Jie;Wang Shaozhao;Jiang Dapeng;Su Liangbi
  • 通讯作者：
    Su Liangbi

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其他文献

高层建筑基础隔震的性能化设计及应用
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  • 通讯作者：
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  • 通讯作者：
    Du Dongsheng Liu Weiqing Wang Shuguang Li Weiwei L
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    10.14006/j.jzjgxb.2018.0568
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
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  • 作者：
    石晟;杜东升;王曙光;李威威
  • 通讯作者：
    李威威

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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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