Tm^(3+)/Yb^(3+)共掺激光晶体的本征光学双稳特性分析与参数优化  

Characteristics of intrinsic optical bistability and parameter optimization in Tm^(3+)/Yb^(3+) codoped laser crystal

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作  者:李立[1,2] 张新陆 崔金辉 陈历学 

机构地区:[1]哈尔滨工程大学理学院,哈尔滨150001 [2]哈尔滨工业大学物理系,哈尔滨150001

出  处:《物理学报》2010年第2期1052-1062,共11页Acta Physica Sinica

基  金:高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20070217014);国家自然科学基金(批准号:10804022;60878016);黑龙江省自然科学基金(批准号:A200801);哈尔滨市创新人才基金(批准号:2008RFQXG026;2009RFQXG054)资助的课题~~

摘  要:理论研究了650nm激光雪崩抽运Tm3+/Yb3+共掺激光晶体的本征光学双稳态.基于系统的非线性耦合速率方程理论,数值分析了Tm3+/Yb3+离子能级布居数的本征光学双稳性、系统参数对光学双稳态的影响和双稳迟滞回线的动态变化.数值结果给出了光子雪崩机制下Tm3+/Yb3+共掺激光晶体的可见与红外光谱发光的本征光学双稳态;指出了通过优化Tm3+/Yb3+离子浓度比,选取低声子能晶体基质和采用晶体冷却技术,以及调谐抽运光与Tm3+离子激发态跃迁能隙满足共振频率匹配,可以有效地增强本征光学双稳效应;通过微调谐抽运光波长和控制抽运光强变化速率,可以实现动态调控的本征光学双稳态.Intrinsic optical bistability (IOB) in Tm^3+/Yb^3+ codoped laser crystal under 650 nm laser excitation is theoretically studied. Based on the theory of nonlinear coupled rate equations, we numerically analyze IOB evolutions of the populations at Tm^3+/Yb^3+ energy levels, and the influence of system parameters on IOB and the dynamic operation of bistable hysteresis loop. The simulation result shows the fluorescence IOB in visible-infrared spectra of Tm^3+/Yb^3+ codoped laser crystal under photon avalanche pumping scheme. It is found that IOB phenomena can be largely enhanced by optimizing the Tm^3+/Yb^3+ concentration ratio, choosing low phonon-energy crystal host and using crystal cooling technology, and also by tuning the pump laser to match the resonant frequency of Tm^3+ excited-state absorption transition. Through tuning the pump laser wavelength and adjusting the rate of change in pump intensity, the controllable IOB switching can be achieved.

关 键 词:光学双稳 掺Tm晶体 稀土离子发光 光子雪崩 

分 类 号:TN241[电子电信—物理电子学]

 

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