多格位材料中Yb离子的光谱叠加展宽原理研究

Yb离子由于宽的发射带宽和简单的能级结构越来越受到超快激光研究领域的关注，Yb离子超快激光脉宽已经从几百几百压缩到现在的几十飞秒，尤为惊喜的是，2009年日本科学家将两块Yb:Sc2O3 ，Yb:Y2O3 透明陶瓷片简单叠加在一起，获得了53fs 激光输出，验证了复合陶瓷激光可以产生短的脉宽。但是这并非真正意义上的微尺度和多格位层面上的复合透明陶瓷，同时Yb离子在两种材料中的荧光寿命也是有差异的，这种光谱叠加对超快激光输出的影响机理值得深入探讨研究。本项目拟利用透明陶瓷材料的制备优势，制备具有微尺度复合特性的透明陶瓷材料，深入对比研究在不同微结构中不同格位Yb离子光谱叠加特性及其对超快激光输出的影响原理。本课题的研究将使我们对过渡金属离子在多格位中的光谱叠加特性有更深入的了解，同时将扩展现有超快固体激光材料的范围，对探索新型宽调谐超快激光具有重要意义。

本项目针对Yb离子掺杂的各种激光材料光谱和激光性能进行了系统的分析对比和总结，深入分析了影响激光透明陶瓷透过率的因素及散射损耗的形成机理和表征测试手段。围绕烧结工艺优化和和添加助剂的优先展开，系统研究了组分复合和结构复合激光透明陶瓷的制备和光谱特性，围绕Yb离子的光谱性能测试、计算和对比表征展开，通过以共沉淀法制备出的5at%Yb:Sc2O3透明陶瓷(1mm厚)样品，用Cary-5000型UV-VIS-NIR分光光度计和Fluorolog-3型荧光光谱仪测试得到Yb:Sc2O3透明陶瓷的吸收光谱，发射光谱；确定了Yb3+在Sc2O3基质中的吸收峰位、发射峰位，初步判断Yb:Sc2O3透明陶瓷激光性能；拟合出Yb3+在Sc2O3透明陶瓷基质中的荧光寿命，并计算出Yb3+在Sc2O3基质中的能级图谱。实现了通过掺入不同离子（如Gd离子，Sc离子，Ga离子等）掺入对光吸收幅宽度与输出波长的调控，为新一代高功率高光束质量固体激光系统用关键材料奠定了基础，