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(jì)60年代第一臺(tái)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(jì)、軍事和社會(huì)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(qiáng)大的生命力推動(dòng)著光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。成為世界先進(jìn)制造業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)是我國(guó)21世紀(jì)的發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)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(xué)家們長(zhǎng)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(jià)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(píng)估了國(guó)內(nèi)外激光工作物質(zhì)的發(fā)展趨勢(shì)，深入分析了已有技術(shù)路線的優(yōu)缺點(diǎn)，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(duì)新體系的性能和技術(shù)可行性作了系統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究，取得了重要進(jìn)展，為發(fā)展新型激光器奠定了基礎(chǔ)。
　　 本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 1.針對(duì)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(yán)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(qiáng)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(jī)配合物并表征了其結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)一步摻雜到有機(jī)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(cè)試分析技術(shù)，表征了材料的光學(xué)性能。與一些傳統(tǒng)的釹有機(jī)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(dá)到2.55×10-20cm2，超過了無機(jī)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(jìn)一步開發(fā)低成本、小功率稀土有機(jī)激光工作物質(zhì)提供了理

5、論基礎(chǔ)和技術(shù)儲(chǔ)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(qiáng)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(dá)到3.13×10-20 cm2。同時(shí)運(yùn)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(jī)理。為了進(jìn)一步減少體系中C-H和O-H鍵的振動(dòng)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(bào)道的相關(guān)材性能比較，該新型材料有著較長(zhǎng)的熒光壽命和較高的量子效率，表現(xiàn)出優(yōu)異的光學(xué)性能；創(chuàng)造性地提出了“流動(dòng)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(jī)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(zhǎng)達(dá)300μs，受激發(fā)射截面達(dá)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(duì)液體激光出光性能的影響。篩選出了DMSO-d