铒掺杂钇镓石榴石晶体生长及其3μm波段激光的能量回收效应研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51772173
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 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:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Laser is an important topic associated with the people's livelihood, and the research on practical laser materials and key scientific problems is the foundation of the lasers. The lasers at the wavelength of 3 μm are localized in the mid-infrared, and have promising applications in the medicine, biology, pollution measurement and detection, military, etc.. The research on the 3 μm laser is a hot topic in laser regimes, and this laser is urgently required to be developed. The 4I11/2→4I13/2 transition of Er3+ ions can emit the 3 μm photons and the lasing based on this transition is an important technique for the 3 μm lasers, but the long lifetime of 4I13/2 energy of Er3+ ions in bulk materials generating the self-terminating and multi-upconversion process, and the large quantum defects determining strong thermal effects constrained the development of practical gain media and laser devices. In this project, aiming at the bottleneck of 3 μm lasers, we propose to choose the novel Erbium doped yttrium gallium garnet (Er:YGG) as the 3μm laser materials, and study the growth and energy recycling effects which could conquer the intrinsic problems of Er3+ ions shown above. We will also find the key parameters for the laser performance and reveal the component-performance relationship of 3 μm laser materials. The practical devices will be designed and developed. This research including the crystal growth, theoretical research, experimental confirmation, and practical device design and applications, which constitute a full chains for the laser materials. This project will develop practical materials and devices with independent intellectual property rights for the 3μm lasers and have important scientific and practical significance.
激光在关系国计民生的各领域有重要应用需求,可实用激光材料的研制和关键科学问题的解决是激光发展的基础。波长为3μm的激光处中红外波段,在医疗、污染检测、军事对抗等领域有重要需求,是激光领域的研究热点之一且亟需发展。铒离子的4I11/2→4I13/2电子跃迁是实现3μm波段激光辐射的重要技术,但Er3+的4I13/2能级寿命过长所引起自终止效应和系列上转换过程以及量子亏损大引起的强热效应限制其发展,前期研究表明4I13/2能级电子的能量回收和利用可解决上述系列问题。本项目针对3μm波段激光的发展瓶颈,从晶体生长做起,优选铒掺杂钇镓石榴石新晶体为研究对象,通过探索关键能量回收效应解决上述难题,揭示影响激光效果的系列关键参数和晶体构效关系,发展可实用器件设计。相关研究贯穿“晶体生长-理论探索-实验验证-器件设计和应用”的全链条,发展有实用价值和自主知识产权的3μm波段激光材料和器件,有重要意义。

结项摘要

Er3+离子3μm 波段激光在医疗、生物工程、污染检测等领域有重要需求,同时该波段激光还是光参量振荡产生3-5μm以及8-12μm的重要泵浦波长。本项目针对Er3+离子4I13/2能级寿命过长所引起自终止效应和系列上转换过程以及量子亏损大引起的强热效应限制等关键问题,提出以铒掺杂钇镓石榴石(Er:YGG)晶体为研究对象,发展了中红外3μm波段可实用的激光晶体器件。项目从晶体生长和制备做起,克服Ga2O3挥发所引起的组分偏析和镓变价等问题,确定了最优晶体生长工艺,实现了不同掺杂组分的高质量Er:YGG晶体制备;开展了晶体结构、组分、热学与光学等基本物理性能表征,总结了不同Er3+离子掺杂浓度对其基本物理特性与能量回收效应的影响规律;结合相关激光实验对能量回收理论进行完善,实现了突破量子极限的3μm瓦级激光输出,确定最优激光晶体器件参数;此外,还基于Er:YGG晶体实现了1.6μm人眼安全波段斜效率为42.1%的瓦级连续激光输出,并利用Co:LaMgAl11O19被动光开关晶体实现了最短脉宽为2.27 µs的被动调Q脉冲激光输出。本项目的开展丰富了中红外晶体激光晶体材料与器件,对发展具有我国自主知识产权的功能材料、保持我国在激光和非线性晶体材料方面的先进性起到积极推动作用。在本项目资助下,发表学术论文15篇,授权发明专利2项,培养6名博士研究生和1名硕士研究生。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
High-efficiency Er-doped yttrium gallium garnet laser resonantly pumped by a laser diode at 1.47 mu m
由 1.47 μm 激光二极管谐振泵浦的高效掺铒钇镓石榴石激光器
  • DOI:
    10.1364/ol.401155
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Optics Letters
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    You Li;Zhao Yongguang;Lu Dazhi;Liang Fei;Li Lei;Chen Ying;Liu Jian;Wang Jianlei;Yu Haohai;Zhang Huaijin;Wang Jiyang
  • 通讯作者:
    Wang Jiyang
Highly Efficient Super-Continuum Generation on an Epsilon-Near-Zero Surface
Epsilon 近零表面上的高效超连续生成
  • DOI:
    10.1021/acsomega.9b04026
  • 发表时间:
    2020-02-11
  • 期刊:
    ACS OMEGA
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Tian, Wendong;Liang, Fei;Zhang, Huaijin
  • 通讯作者:
    Zhang, Huaijin
Surface Nonlinear Optics on Centrosymmetric Dirac Nodal-Line Semimetal ZrSiS
中心对称狄拉克节线半金属 ZrSiS 上的表面非线性光学
  • DOI:
    10.1002/adma.201904498
  • 发表时间:
    2019-11-21
  • 期刊:
    ADVANCED MATERIALS
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Chi, Shumeng;Liang, Fei;Zhang, Huaijin
  • 通讯作者:
    Zhang, Huaijin
Three-dimensional nonlinear photonic crystal in ferroelectric barium calcium titanate
铁电钛酸钡钙中的三维非线性光子晶体
  • DOI:
    10.1038/s41566-018-0225-1
  • 发表时间:
    2018-10-01
  • 期刊:
    NATURE PHOTONICS
  • 影响因子:
    35
  • 作者:
    Xu, Tianxiang;Switkowski, Krzysztof;Krolikowski, Wieslaw
  • 通讯作者:
    Krolikowski, Wieslaw
Highly efficient ultraviolet high-harmonic generation from epsilon-near-zero indium tin oxide films
ε 近零氧化铟锡薄膜高效产生紫外高次谐波
  • DOI:
    10.1364/prj.414570
  • 发表时间:
    2021-02
  • 期刊:
    Photonics Research
  • 影响因子:
    7.6
  • 作者:
    WENDONG TIAN;FEI LIANG;DAZHI LU;HAOHAI YU;张怀金
  • 通讯作者:
    张怀金

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其他文献

Yb:YCOB 黄光激光自倍频晶体
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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硅酸镓镧族非线性光学晶体
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王继扬;路大治;于浩海;张怀金
  • 通讯作者:
    张怀金
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    光学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    廖明墩;王继扬;许心光;兰瑞君;王正平;于浩海;张怀金;陈丽娟;庄世栋;郭磊;赵永光
  • 通讯作者:
    赵永光
Nd:GdVO4/Cr:YAG微片式脉冲激光器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国激光
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    --
  • 作者:
    廖明墩;许心光;王正平;于浩海;张怀金;陈丽娟;庄士栋;郭磊;赵永光;王继扬
  • 通讯作者:
    王继扬
Dual-wavelength laser with topological charge
拓扑电荷双波长激光器
  • DOI:
    10.1063/1.4823583
  • 发表时间:
    2013-09
  • 期刊:
    AIP Advances
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    于浩海;许苗苗;赵永光;王奕程;韩硕;张怀金;王正平;王继扬
  • 通讯作者:
    王继扬

其他文献

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于浩海的其他基金

光电功能晶体
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AI项目解读示例

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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