用于直接产生3.0μm超快激光的Er3+掺杂ABC3O7系列晶体的设计、生长和性能研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51472240
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    83.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0201.人工晶体与玻璃材料
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Mid-infrared wavelength ultrafast laser has found important potential applications in the fields of medicine, dectection, national defense and fundamental science researches etc.,which is the hot topic in the past decades, now it is just beginning to thrive in China. Nonlinear optical conversion techniques including OPO, difference frequency and OPA are the main methods to realize mid-infrared ultrafast laser currently. But as we know these optics system are very complicated, therefore,we bring forward to LD pump on one kind of novel Er3+:ABC3O7 (A=Ca,Sr,Ba; B=Y, La,Gd; C=Ga,Al) Melilite crystals to achieve 3.0 micron ultrafast laser directly. They have low phonon energy (around 560cm-1) and highly disordered structure, as a result the absorption and emission spetra of the active ion Er3+ inside are broadened extremely, which is very favorable for generation of the mode-locked ultrafast laser. In addition,they have high thermal conductivity,and high mechanical strength etc, and large-sized crystals with high optical quality can be grown by Czochralski technique. All these factors make Er3+:ABC3O7 crystals excellent candidates for 3.0μm ultrafast laser. In this project, we will design the crystal structure and elements,to target on 2~3 kinds ABC3O7 crystals and adjust Er3+ and the co-dopant sensitizing ions concentrations,then explore the crystal growth technique to obtain high-quality Er:ABC3O7 crystals, next study their spetral and laser characterizations.The emphasis is focused on study of the adjustment of the multi-locations in the hybrid crystals and the co-dopant sensitization ions through energy levels coupling theorically and experimentally, in order to further broaden their absorption and emission spectral width inhomogeneously. Finally,1~2 kinds of optimized Er:ABC3O7 crystals are obtained to carry on LD pumping and passive mode-locking with the excellent saturable absorber mirrors such as graphene and carbon nanotube, finally achieve high efficiency, short pulse and stable 3.0 micron ultrafast laser, for providing foundation for their application in mid-infrared ultrafast laser.
中红外超快激光在医疗、遥感、军事和科研等领域具有重要的应用前景。然而采用光参量振荡、差频、参量放大等非线性方法获得此波段的超快激光具有结构较为复杂的缺点。因此,本项目提出LD泵浦新型Er3+掺黄长石结构ABC3O7晶体直接实现3.0μm超快激光的方法。该体系的低声子能量(约560cm-1)和局部无序结构使Er3+的吸收和荧光光谱有显著展宽,非常有利于产生锁模超快激光。另外,该体系还具有热导率高、机械强度大及较易获得大尺寸优质单晶等优点。本项目从组成设计出发,从体系中筛选出2~3种ABC3O7晶型并调控Er3+及共掺敏化离子浓度,研究晶体生长工艺、光谱和激光性能,重点是通过混晶多格位调控和共掺敏化离子能级耦合的理论及实验研究,使谱线进一步非均匀展宽,优化出1~2种Er: ABC3O7晶体进行LD泵浦、被动锁模研究,实现高效率、窄脉宽、稳定运转的3.0μm超快激光输出,为其进一步应用奠定基础。

结项摘要

中红外超快激光在生物医疗、遥感、国防及基础科学研究等领域具有重要的应用,采用LD直接泵浦Er掺杂的低声子能、无序黄长石结构ABC3O7 (A=Ca,Sr,Ba; B=Y, La,Gd; C=Ga,Al) 晶体实现该波段激光具有重要的科学意义和潜在的应用价值。在本项目中,我们从ABC3O7体系中筛选出SrGdGa3O7、SrLaGa3O7、CaLaGa3O7、BaLaGa3O7、CaLaGa3-xAlxO7五种晶型,调控Er3+及共掺敏化离子浓度,获得几十种组分类型,研究多晶料合成和晶体生长工艺,采用提拉法分别生长出五个系列的Er单掺、Er及敏化离子双掺和三掺的晶体,系统研究其光谱和激光性能。提拉法生长获得晶体尺寸最大达到ф35mm×150mm,光学均匀性系数达到10-5量级。通过物化、热学和光谱性能表征,以及基于速率方程模型模拟激光性能的研究,该系列晶体可以实现连续或脉冲激光输出。该项目重点研究了晶体中稀土离子的浓度效应、共掺敏化离子能级耦合的敏化机理和能量传递机制、荧光动力学、混晶多格位调控引起的光谱性能的变化等。结果发现共掺合适浓度的敏化离子以及混晶多格位调控均使得吸收谱和中红外荧光谱线非均匀展宽,通过比较其光谱参数,优化出适合进行激光性能测试研究的最佳掺杂晶体类型为:Nd,Er:SrGdGa3O7、Yb,Er,Ho:SrLaGa3O7、Yb,Er,Pr:CaLaGa3O7等晶体。接下来对筛选出来的优质晶体进行了器件加工、激光腔型和膜系参数设计,采用LD泵浦和被动锁模进行了激光性能测试和研究,实现了高效稳定的中红外激光输出,激光输出波长2704nm,最高输出功率489mW,斜效率12.1%。这些成果为今后全固化中红外医疗激光器及产业化等方面奠定前期基础。在国内外学术刊物上发表论文55篇,授权发明专利2项,申请发明专利8项,培养研究生5名。

项目成果

期刊论文数量(54)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(7)
专利数量(10)
Ultrasensitive nonlinear absorption response of large-size topological insulator and application in low-threshold bulk pulsed lasers.
大尺寸拓扑绝缘体超灵敏非线性吸收响应及其在低阈值体脉冲激光器中的应用
  • DOI:
    10.1038/srep14856
  • 发表时间:
    2015-10-07
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Xu JL;Sun YJ;He JL;Wang Y;Zhu ZJ;You ZY;Li JF;Chou MM;Lee CK;Tu CY
  • 通讯作者:
    Tu CY
Benefit of Nd3+ ions to the ~2.7 µm emission of Er3+: 4I11/2→4I13/2 transition in Nd,Er: CaLaGa3O7 laser crystal
Nd3 离子对 Nd,Er: CaLaGa3O7 激光晶体中 Er3: 4I11/2→4I13/2 跃迁的 ~2.7 µm 发射的好处
  • DOI:
    10.1016/j.jlumin.2018.02.017
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Luminescence
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Yunyun Liu;Yijian Sun;Yan Wang;Zhenyu You;Zhaojie Zhu;Jianfu Li;Chaoyang Tu
  • 通讯作者:
    Chaoyang Tu
Bulk Crystal Growth, First-Principles Calculations, and Mid-Infrared Spectral Properties of Dy3+ Doped and Dy3+/Nd3+ Codoped LaF3 Single Crystals
Dy3 掺杂和 Dy3/Nd3 共掺杂 LaF3 单晶的块体晶体生长、第一性原理计算和中红外光谱特性
  • DOI:
    10.1021/acs.cgd.8b00814
  • 发表时间:
    2018-10-01
  • 期刊:
    CRYSTAL GROWTH & DESIGN
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Hu, Mingyuan;Zhu, Zhaojie;Tu, Chaoyang
  • 通讯作者:
    Tu, Chaoyang
Enhanced ~2.7µm emission investigation of Er3+:4I11/2→4I13/2 transition in Yb,Er,Pr:SrLaGa3O7 crystal
Yb,Er,Pr:SrLaGa3O7 晶体中 Er3 :4I11/2→4I13/2 跃迁的增强 ~2.7 µm 发射研究
  • DOI:
    10.1016/j.jlumin.2016.11.039
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Luminescence
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Yan Wang;Baotong Zhang;Jianfu Li;Zhaojie Zhu;Zhenyu You;Chaoyang Tu
  • 通讯作者:
    Chaoyang Tu
2.7µm emission properties of Er3+/Yb3+/Eu3+:SrGdGa3O7 and Er3+/Yb3+/Ho3+:SrGdGa3O7 crystals
Er3 /Yb3 /Eu3 :SrGdGa3O7 和 Er3 /Yb3 /Ho3 :SrGdGa3O7 晶体的 2.7 µm 发射特性
  • DOI:
    10.1016/j.jqsrt.2015.12.018
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Houping Xia;Jianghe Feng;Yuexia Ji;Yijian Sun;Yan Wang;Zhitai Jia;Chaoyang Tu
  • 通讯作者:
    Chaoyang Tu

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其他文献

V型墩连续刚构桥0号块空间应力分析及优化设计
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1002-0268.2019.11.008
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    公路交通科技
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张飞;黄福云;王燕
  • 通讯作者:
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中老年女性血清铁蛋白(SF)水平与年龄和体质指数(BMI)之间的关系的流行病学研究(英文)
  • DOI:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    张华琦
常规超声及甲状腺球蛋白检测诊断甲状腺滤泡癌的价值
  • DOI:
    10.19732/j.cnki.2096-6210.2019.01.001
  • 发表时间:
    2019
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    刘亦伦
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    2019
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    江松秦;董绍江;蔡巍巍;胡宇;王燕;张潇汀
  • 通讯作者:
    张潇汀
Effects of 7-nitroindazole, a selective neural nitric oxide synthase inhibitor, on context-shock associative learning in a two-process contextual fear conditioning paradigm
7-硝基吲唑(一种选择性神经一氧化氮合酶抑制剂)对双过程情境恐惧调节范式中情境休克联想学习的影响
  • DOI:
    10.1016/j.nlm.2016.07.033
  • 发表时间:
    2016-10
  • 期刊:
    Neurobiol Learn Mem
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王燕;王夏青;袁加锦;李鸣
  • 通讯作者:
    李鸣

其他文献

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王燕的其他基金

基于Dy:Ln2O3-Al2O3体系的微下拉法高通量晶体制备筛选及直接泵浦实现高功效黄光激光的研究
  • 批准号:
    51872286
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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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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