掺杂纳米晶激光器的设计及特性研究

基本信息
批准号:11574221
项目类别:面上项目
资助金额:73.00
负责人:冯国英
学科分类:
依托单位:四川大学
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:周昊,张弘,张宇琴,姚轲,杨超,鲜佩,张华,易家玉
关键词:
随机激光第一性原理微纳谐振腔光谱调控掺杂纳米晶激光
结项摘要

The doped nanocrystalline laser has wide application prospects in fields of information, biomedicine and industry, etc. Nowadays, the research of doped nanocrystalline laser is still in the initial germinating stage of innovation. Therefore, it is of great significance to carry out the research on the mechanisms of doped nanocrystalline lasing both in scientific research and application fields. The goal of this research proposal is to present special attention on the key factors which influence the performance of doped nanocrystalline laser. Based on the density functional theory and first principles approach, a study on the elheectronic structure and optical characteristic of ions doped in nanocrystals were carried out. The aggregate process of doped nanocrystalline’s growth is simulated by molecular dynamics.For doped nanocrystals and host material and laser medium, the methods of test and characterization have been established. The major mechanisms for the partially lasing and spectral tuning have been explored, based on the experimental results; Dynamic characteristics of micro/nano cavity have been studied, the theoretical model and corresponding software for the doped nanocrystalline laser have been established, while the design for micro/nano cavity has been proposed. The experimental setup for doped nanocrystalline laser has been constructed. Compared with theoretical results, better parameters of the pump source and the micro/nano cavity and nanocrystals have been chosen, then the setup has been optimized, and finally doped nanocrystalline laser with tunable spectra have been obtained.The results can be used as the basis of the optimization for doped nanocrystalline laser’s performance.

掺杂纳米晶激光在信息、生物医学和工业等领域有着广泛的应用前景。目前,掺杂纳米晶激光的研究还处于初始创新阶段,因此对掺杂纳米晶激光的研究具有重要学术价值和应用价值。本项目针对掺杂纳米晶激光涉及到的关键问题展开研究:基于密度泛函理论采用第一性原理分析掺杂纳米晶中掺杂离子的电子结构、光学特性;通过分子动力学模拟掺杂纳米晶生长的团聚过程。建立掺杂纳米晶等纳米材料、基质材料及激光工作介质的光学性能测试与表征方法;结合实验参数,探索实现光谱调控的主要机制;研究微纳结构谐振腔的动力学特性,建立理论模型和软件,提出实现微纳结构谐振腔的设计方案。搭建掺杂纳米晶激光实验装置,结合理论研究结果,优化泵浦参数和掺杂纳米晶介质参数以及微纳谐振腔结构参数,获得具有光谱可调的激光输出。研究结果将为掺杂纳米晶激光性能的优化奠定基础。

项目摘要

随着现代科学技术的蓬勃发展,对体积小、重量轻、能实现新波段激光输出的纳米晶激光器的需求日益增加。而且掺杂纳米晶激光在信息、生物医学和工业等领域有着广泛的应用前景。因此,开展对掺杂纳米晶激光的研究,无论是在科学研究还是在应用领域都具有重要意义。本项目针对掺杂纳米晶主要研究了影响其光学性能的关键因素。基于密度泛函理论采用第一性原理分析了掺杂纳米晶中掺杂离子的浓度以及掺杂位点对其电子结构以及光学特性的影响。实验上制备出了不同形貌的掺杂纳米晶,并详细探究了掺杂纳米晶的生长机制、光谱调控机制。掌握了掺杂纳米晶等微纳材料、基质材料及激光工作介质的光学性能测试与表征的方法。搭建了能有效地测试掺杂纳米晶激光输出的实验装置。理论结果表明,掺杂浓度以及掺杂位点能够影响能级分裂,从而调控掺杂纳米晶的光学性能。实验上,实现了对掺杂纳米晶的形貌及光谱的可调谐控制,获得了掺杂纳米晶4.24 μm的中红外激光输出。本项目的研究结果将为掺杂纳米晶激光材料的微观结构、制备表征以及掺杂纳米晶激光输出的性能优化提供可靠的理论基础及实验指导意义。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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