稀土掺杂氟化物中红外激光晶体研究取得进展

来源:http://www.szjksh.com 作者:公务员 人气:194 发布时间:2019-11-02
摘要:近日,信息科学与工程学院副教授田朋飞研究团队在基于RGB激光白光光源的水下通信和照明领域取得新进展。相关研究成果以《基于激光白光光源的高速水下无线光通信和高效率水下照

近日,信息科学与工程学院副教授田朋飞研究团队在基于RGB激光白光光源的水下通信和照明领域取得新进展。相关研究成果以《基于激光白光光源的高速水下无线光通信和高效率水下照明》(Laser-based white-light source for high-speed underwater wireless optical communication and high-efficiency underwater solid-state lighting)为题在线发表于Optics Express。Laser Focus World以Newsbreaks报道了该项研究工作。图片 1水下光通信具有高带宽、高通信速率、距离长、通信保密的优势。然而,由于海洋对不同发光波长的光的衰减不同,白光水下照明尚需进一步的发展。相关研究可应用于海洋地质勘探、近海油田开发、海底观测、水下物联网、水下摄影、水下无人机和潜水员所需的通信和照明的应用场景。田朋飞研究团队自2017年起展开了基于520 nm绿光激光二极管水下无线光通信的研究,实现了水下通信距离达到34.5 m同时通信速率高达2.7 Gbps的水下通信记录,该项工作发表在Optics Express上。在此基础上,研究团队于2018年进一步展示了基于红绿蓝激光二极管的水下通信和照明系统。该系统基于激光的白光系统的外量子效率保持在10%以上,降低系统能源的消耗;激光在水下具有相对较低的衰减系数,可实现远距离水下照明和通信,白光照明参数可以根据特定的距离进行调整;激光二极管的-3dB光电调制带宽》1.4 GHz,同时,使用红绿蓝三种波长的激光二极管进行通信,有助于提高通信速率。研究团队在光通信、照明、以及先进显示的关键芯片和系统方面具有长期的研究基础,发展了基于micro-LED阵列芯片、激光二极管、高带宽荧光材料、新型高带宽探测器阵列芯片的自由空间可见光通信LiFi和水下光通信系统,并与LED/激光照明系统和micro-LED新型显示系统融合。据研究团队介绍:“基于WDM技术的水下通信和水下照明可以应用于一系列海底勘探场景。该实验使用商用氮化镓(GaN)基450 nm 和520 nm发光波长的蓝绿激光二极管,以及铝镓铟磷(AlGaInP)基660 nm发光波长的红光激光二极管,通过Peltier热电制冷装置使激光二极管稳定工作在25°C的条件下。除展示出高比特通信速率,该实验使用中性衰减片和分散片用以调整不同发光波长的激光二极管的输出光功率,同时实现高质量的白光照明和高速通信信道, 取得了可观的CIE指数和高达7084 勒克斯的照度。”Laser Focus World的高级主编Gail Overton报道该工作称:“基于红绿蓝激光二极管的波分复用(WDM),可以实现9.7 Gbit/s的高速水下通信。而且,通过调节红绿蓝激光二极管的输出光功率,该多路复用系统还可以实现基于红绿蓝激光的水下白光照明,这是基于单个激光二极管的系统无法实现的。”该研究工作得到了国家自然科学基金、上海市扬帆计划、国家重点专项等项目的资助。

1.8~3 μm中红外激光由于具备处于大气窗口波段、对人眼安全、对大气分子敏感以及液态水分子强吸收等特性,在雷达、激光通信、环境监测以及高精度手术等领域具有重要的应用价值。近日,中国科学院上海硅酸盐研究所研究员苏良碧课题组与山东师范大学、山东大学、哈尔滨工业大学等机构合作,基于“稀土发光离子局域格位结构设计”的思想,利用三价稀土离子在萤石型结构晶体CaF2/SrF2中自发富集形成离子团簇的特性,通过合理的掺杂机制提高激活离子间的相互作用效率,在低浓度掺杂的情况下实现了超越Stokes量子效率的高效率中红外波段激光输出。相关研究成果发表在Photonics Research, Optics Letters, Optics Express 系列学术期刊上。(Photonics Research2018, 6: 762-767; OpticsLetters2018, 43: 4300-4303; Optics Letters2018, 43: 2418-2421; Optics Letters2018, 43: 1726-1729; Optics Express2018, 26: 5558-5563; Optics Express2018, 26: 26916-26924)。

研究团队在Tm:CaF2晶体中引入调剂离子La3+,合理设计晶体的组成和配比,显著提高了Tm3+离子2μm波段发射截面和荧光寿命;采用792nm激光二极管做泵浦源,在Tm,La:CaF2晶体中实现了斜效率67.8%(Stokes量子效率41%)、功率4.27 W的连续激光输出,激光波长调谐范围达190nm(1850-2050 nm)。

研究团队利用CaF2-SrF2混晶中阳离子格位无序的特点,合理设计混晶中Ca和Sr的比例,在4at.% Er:CaF2-SrF2晶体中实现了斜效率41.4%(Stokes量子效率35%)、功率712 mW的3μm波段连续激光输出,同时在调Q模式下获得了锁模激光脉宽1.78 ns、重频136.3 MHz的稳定脉冲激光输出。此外,采用980nm激光二极管做泵浦源,在3 at.% Er:SrF2晶体中实现了斜效率41%、功率1.06W的3μm波段连续激光输出。

研究团队采用1.94微米Tm光纤激光器做泵浦源,在0.5 at.% Ho:CaF2晶体中获得了斜效率59.8%、功率7.17 W的2μm波段连续激光输出。并且,利用声光调Q技术,实现了脉宽54 ns、单脉冲能量1.9mJ、重复频率3kHz的脉冲激光输出,平均输出功率5.71W,斜效率为48.5%。

该研究工作与目前已报道的同类工作相比具有显著进步,特别是有效避免了在其他类型激光晶体材料中因高浓度掺杂存在的一系列不利影响,包括激光上能级上转换效应、晶体光学质量和热导率下降,从而获得了高效率的中红外波动激光输出。

以上研究工作得到中科院战略性先导专项、国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划等的支持。

图片 2

Tm,La:CaF2 晶体连续激光输出和激光波长调谐范围:斜效率最高达67.8%,输出功率4.27 W,波长调谐范围超过190 nm

图片 3图片 4

Er:CaF2-SrF2晶体连续激光输出和调Q锁模激光脉冲:斜效率41.4%、功率712 mW的连续激光输出;调Q模锁模激光脉宽1.78 ns、重频136.3 MHz

图片 5图片 6

Ho:CaF2晶体连续和调Q工作模式下的激光输出情况:连续激光斜效率59.8%、功率7.17 W;调Q激光平均输出功率5.71W、斜效率48.5%、脉宽54 ns

本文由金沙易记域名4166送26发布于公务员,转载请注明出处:稀土掺杂氟化物中红外激光晶体研究取得进展

关键词:

最火资讯