《鈥、鐠雙摻雜氟化鑥鋰晶體2.9μm中紅外雷射特性研究》是依託山東大學，由張百濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鈥、鐠雙摻雜氟化鑥鋰晶體2.9μm中紅外雷射特性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張百濤
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
2.9μm波段雷射在軍事、生物、醫學和科學研究等領域具有重要套用。本項目擬對具有潛在套用價值的鈥、鐠雙摻雜氟化鑥鋰晶體（Ho3+,Pr3+:LiLuF4）進行探索：從理論和實驗上系統地分析Ho3+、Pr3+離子摻雜濃度對其吸收和發射光譜的影響，特別是對雷射上能級和下能級螢光壽命的影響，研究其中紅外發光和多聲子弛豫特性，探索最佳摻雜濃度；研究Ho,Pr:LLF晶體在2.9 μm波段處的連續波、主被動調Q開關和鎖模不同模式下的中紅外雷射輸出特性；研究2.9 μm（5I6→5I7）和2.1 μm （5I7→5I8）級聯躍遷輸出特性；重點研究Ho,Pr:LLF晶體2.9 μm波段石墨烯鎖模超短脈衝雷射輸出特性。本項目著眼於稀土氟化物晶體基礎研究，將晶體物理和雷射器最佳化設計相結合，研究結果對探索理想中紅外雷射晶體材料，擴展現有中紅外光源技術途徑等方面具有重要的科學意義和套用價值。
結題摘要
2.9 μm波段雷射與水的強吸收峰位置重疊，因而水對它的吸收率特別高，使其在多水軟組織的薄層內被吸收，因此可以在對軟組織周圍不產生任何熱損傷的前提下進行精確切割，是精細外科手術理想的工作波段，被廣泛套用於生物和醫學領域。另外2.9 μm波段雷射可以作為紅外光參量振盪器的泵浦源，能夠獲得5~8 μm更長波長的高功率紅外光源，可用於紅外照明、雷射雷達、光電對抗、自由空間通信、化學和生物探測、環境污染監測等領域。此外，2.9 μm波段中紅外超短脈衝雷射在中紅外頻率梳、阿妙超短脈衝、人工動態帶隙以及地基臨近空間探測等方面具有不可替代的作用。如上所述，由於2.9 μm中紅外雷射具有重要的套用背景和極大需求，它已成為近年來國內外研究開發的重點領域。 本項目的主要研究目標：針對目前國際上處於發展萌芽階段但具有重要套用前景的2.9 μm波段中紅外雷射，本項目利用新材料和新技術，解決該波段連續波調諧和超短脈衝產生等問題，填補國內空白。通過對Ho,Pr:LLF晶體光譜特性測試與表征，確定實現2.9 μm雷射輸出最佳的Ho3+、Pr3+離子摻雜濃度，實現其在2.9 μm連續波可調諧（輸出功率瓦級，調諧範圍：2.8~3.02 μm）、調Q納秒（輸出功率~500 mW，脈衝寬度~50 ns，重複頻率~kHz）和石墨烯鎖模超短脈衝（輸出功率100~500 mW，脈衝寬度~100 fs量級）輸出，評估它在中紅外固態雷射技術中的套用潛能，為其實用化奠定基礎。 在項目執行期間，對Ho,Pr:LLF晶體光譜特性進行了研究，確定了最佳的Ho3+、Pr3+離子摻雜濃度比，並探索了其他新型2.9 µm附近中紅外雷射晶體材料；採用光纖拉曼雷射器作為泵浦源實現了Ho,Pr:LLF晶體在2.9 μm波段瓦級雷射輸出，採用石墨烯和黑磷等新型二維材料作為飽和吸收體，實現了~百納秒被動調Q雷射輸出；採用石墨烯作為飽和吸收體，最佳化諧振腔腔型結構，實現了~719 fs連續波鎖模雷射輸出。相應的結果與Ho3+、Pr3+離子摻雜的ZBLAN光纖相比，表明Ho,Pr:LLF體塊晶體在2.9 µm波段中紅外全固態雷射技術中具有巨大的套用潛能，通過最佳化Ho3+、Pr3+離子摻雜濃度，必能實現~10 W級高功率2.9 µm波段中紅外雷射輸出。總體說來，完成了指標，達到了預期目的。
