新型稀土激光材料的研究.pdf

1、激光材料是激光技術(shù)發(fā)展的核心和基礎(chǔ)，具有里程碑的意義和作用。自20世紀60年代第一臺紅寶石激光器問世以來，激光的應(yīng)用已經(jīng)遍及科技、經(jīng)濟、軍事和社會發(fā)展的許多領(lǐng)域。在過去的十多年里，信息技術(shù)的空前發(fā)展宣告了第三次工業(yè)革命的來臨。激光和激光技術(shù)正以其強大的生命力推動著光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。成為世界先進制造業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)強國是我國21世紀的發(fā)展戰(zhàn)略目標，實現(xiàn)該目標的關(guān)鍵之一是必須能充分提供基礎(chǔ)性的激光材料及其元器件。一代材料，一代器件。鑒于傳

2、統(tǒng)的激光器在性能上存在的許多局限性，科學家們長期以來一直致力于發(fā)展新型激光材料以期獲得更加完美的激光器。因此，探索和開發(fā)新型激光工作物質(zhì)和材料不僅是未來研制新型高效率激光器及激光系統(tǒng)的前提和基礎(chǔ)，而且具有巨大的潛在應(yīng)用價值和重要的戰(zhàn)略意義。
　　 鑒于此，新型激光材料的研究和開發(fā)正是本文的核心內(nèi)容。在本論文中，我們綜合評估了國內(nèi)外激光工作物質(zhì)的發(fā)展趨勢，深入分析了已有技術(shù)路線的優(yōu)缺點，并在此基礎(chǔ)上研究開發(fā)了幾類新型的稀土激光材料

3、，并對新體系的性能和技術(shù)可行性作了系統(tǒng)的理論和實驗研究，取得了重要進展，為發(fā)展新型激光器奠定了基礎(chǔ)。
　　 本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　 1.針對目前以重金屬氧化物玻璃基質(zhì)的摻鉺基質(zhì)材料中鉺存在著較嚴重的激發(fā)態(tài)吸收和上轉(zhuǎn)換，最終導(dǎo)致材料和器件整體量子效率低下的技術(shù)瓶頸問題，成功地開發(fā)出新型的摻鉺激光材料。有效地抑制了Er3+的激發(fā)態(tài)吸收引起的上轉(zhuǎn)換，極大地提高了材料的發(fā)光強度，并制備了高量子效率的寬帶新型摻鉺非石英基質(zhì)

4、放大器。
　　 2.制備了新型的四核釹有機配合物并表征了其結(jié)構(gòu)，然后進一步摻雜到有機基質(zhì)如氟氯油、PMMA中，通過吸收光譜、熒光光譜、熒光壽命等測試分析技術(shù)，表征了材料的光學性能。與一些傳統(tǒng)的釹有機材料如單核、氘代、氟代材料相比，該新型材料成本低，性能優(yōu)良，在PMMA中受激發(fā)射截面達到2.55×10-20cm2，超過了無機材料LaF3：Nd的發(fā)射截面值，表現(xiàn)出優(yōu)良的激光特性，為進一步開發(fā)低成本、小功率稀土有機激光工作物質(zhì)提供了理

5、論基礎(chǔ)和技術(shù)儲備。
　　 3.從稀土離子絡(luò)合法和分散法兩條途徑出發(fā)，研究開發(fā)新型稀土液體激光材料。將多核釹配合物大量溶解在強極性溶劑DMF中，得到均一、透明、穩(wěn)定、低毒的液體激光介質(zhì)，受激發(fā)射截面達到3.13×10-20 cm2。同時運用Forster熒光共振能量轉(zhuǎn)移理論研究了體系中釹離子的淬滅機理。為了進一步減少體系中C-H和O-H鍵的振動影響，我們制備了新型的氟代配合物(C2F5COO)3Nd(Phen)，然后溶解到DMSO

6、-d6中開發(fā)液體激光介質(zhì)。與其他一些已經(jīng)報道的相關(guān)材性能比較，該新型材料有著較長的熒光壽命和較高的量子效率，表現(xiàn)出優(yōu)異的光學性能；創(chuàng)造性地提出了“流動的固體”的全新概念，將釹磷酸鹽玻璃微球均勻分散到特定的有機液體中制得新型流體激光介質(zhì)。分析結(jié)果表明，該材料熒光壽命長達300μs，受激發(fā)射截面達到3.0×10-20cm2，非常適合用作高增益的流體激光介質(zhì)。
　　 4.系統(tǒng)研究了液體介質(zhì)對液體激光出光性能的影響。篩選出了DMSO-d