掺Tm激光晶体的可见与红外发光转换及双稳多色开关

李  立; 张新陆; 陈历学; 王  冉

doi:10.7498/aps.57.5675

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掺Tm激光晶体的可见与红外发光转换及双稳多色开关

李立 , 张新陆 , 陈历学 , 王冉

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唯象论的经典领域

掺Tm激光晶体的可见与红外发光转换及双稳多色开关

李立, 张新陆, 陈历学, 王冉

物理学报, 2008, 57(9): 5675-5683.

doi: 10.7498/aps.57.5675

Chromatic bistability and luminescence switching of visible-infrared emission in Tm-doped laser crystal

Li Li, Zhang Xin-Lu, Chen Li-Xue, Wang Ran

Acta Phys. Sin., 2008, 57(9): 5675-5683.

doi: 10.7498/aps.57.5675

摘要
理论研究了648nm激光抽运掺Tm晶体的可见与红外发光转换和发光双稳特性.根据系统的耦合速率方程理论，推导了发光转换阈值的解析表达式，数值研究了Tm3+能级布居数，辐射光谱以及发光强度等随抽运光强的变化.数值结果表明，648nm激光抽运下可以实现452/469nm蓝光与1716 nm红外光谱的发光转换.在光子雪崩阈值附近，可以观察到掺Tm晶体的辐射光谱双稳，荧光色度双稳和发光强度双稳等现象.利用掺Tm晶体的可见与红外发光转换与双稳特性，可以实现抽运功率控制的全固态发光转换器和双稳波长

关键词:
光学双稳 /

多色开关 /

掺Tm晶体 /

光子雪崩
Abstract
Optical bistability and luminescence switching of visible-infrared emission in Tm-doped laser crystal pumped at 648nm avalanche wavelength is predicted theoretically and studied numerically. The analytical formula of luminescence switching threshold is deduced using the theory of nonlinear rate equations. The evolutions of populations of Tm3+ energy levels, emission spectrum and fluorescence intensity versus pump power are investigated numerically. The numerical results predict that the luminescence switching between 452/469nm blue and 1716nm infrared spectra can be experimentally realized under 648nm laser pumping. Moreover, the bistability of emission spectra, chromatic fluorescence and luminescence intensity in Tm-doped crystal can be observed in the vicinity of photon avalanche threshold. The characteristics of chromatic bistability and luminescence switching in Tm-doped crystal allow for the tailoring of pump-controlled all-solid luminescent switcher and bistable wavelength switch operating in visible-infrared spectral range.

Keywords:
optical bistability /

chromatic switching /

Tm-doped crystal /

photon avalanche
作者及机构信息
李立³,

张新陆¹,

陈历学²,

王冉¹

(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; (3)哈尔滨工业大学物理系，哈尔滨 150001；哈尔滨工程大学理学院，哈尔滨 150001

基金项目: 高等学校博士学科点专项科研基金(批准号: 20070217014)资助的课题.
Authors and contacts
Li Li³,

Zhang Xin-Lu¹,

Chen Li-Xue²,

Wang Ran¹

(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; (3)哈尔滨工业大学物理系，哈尔滨 150001；哈尔滨工程大学理学院，哈尔滨 150001
参考文献

施引文献

[1]	邱骏鹏, 梁闰富, 彭晓, 李亚晖, 刘立新, 尹君, 屈军乐, 牛憨笨. 多色双光子激发荧光显微技术实验研究. 物理学报, 2015, 64(4): 048701. doi: 10.7498/aps.64.048701
[2]	杨健芝, 邱建备, 杨正文, 宋志国, 杨勇, 周大成. Ba5SiO4Cl6: Yb3+, Er3+, Li+荧光粉的制备及上转换发光性质研究. 物理学报, 2015, 64(13): 138101. doi: 10.7498/aps.64.138101
[3]	王兵, 吴秀清. 双色噪声驱动光学双稳系统的弛豫时间研究. 物理学报, 2011, 60(7): 074214. doi: 10.7498/aps.60.074214
[4]	吴亚敏, 陈国庆. 梯度颗粒复合介质的光学双稳. 物理学报, 2010, 59(1): 592-596. doi: 10.7498/aps.59.592
[5]	李立, 张新陆, 崔金辉, 陈历学. Tm3+/Yb3+共掺激光晶体的本征光学双稳特性分析与参数优化. 物理学报, 2010, 59(2): 1052-1062. doi: 10.7498/aps.59.1052
[6]	吴亚敏, 陈国庆. 带壳颗粒复合介质光学双稳的温度效应. 物理学报, 2009, 58(3): 2056-2060. doi: 10.7498/aps.58.2056
[7]	张新陆, 王月珠, 李立, 鞠有伦, 姜波. 端面抽运Tm，Ho：YLF激光器双稳特性的理论分析与实验研究. 物理学报, 2009, 58(2): 964-969. doi: 10.7498/aps.58.964
[8]	李晓奇, 王剑, 王飞, 胡响明. 非旋波耦合条件下微波控制的光学双稳与多稳. 物理学报, 2008, 57(4): 2236-2241. doi: 10.7498/aps.57.2236
[9]	张贵银, 靳一东. NO2分子的光学-光学双色双共振多光子离化谱. 物理学报, 2008, 57(1): 132-136. doi: 10.7498/aps.57.132
[10]	张新陆, 王月珠, 李立, 鞠有伦. 激光二极管端面抽运Tm,Ho:YLF激光器双稳特性研究. 物理学报, 2008, 57(3): 1699-1703. doi: 10.7498/aps.57.1699
[11]	李立, 张新陆, 陈历学. 648nm激光雪崩抽运掺Tm晶体的本征光学双稳特性研究. 物理学报, 2008, 57(1): 278-284. doi: 10.7498/aps.57.278
[12]	陈国庆, 吴亚敏, 陆兴中. 金属/电介质颗粒复合介质光学双稳的温度效应. 物理学报, 2007, 56(2): 1146-1151. doi: 10.7498/aps.56.1146
[13]	贾新鸿, 吴正茂, 夏光琼. 基于NOLF双稳效应对经DSF压缩后的超短光脉冲进行消基座. 物理学报, 2005, 54(2): 782-788. doi: 10.7498/aps.54.782
[14]	陆兴中, 高　雷. 颗粒复合介质在高温下的光学双稳特性. 物理学报, 2004, 53(12): 4373-4377. doi: 10.7498/aps.53.4373
[15]	吴长锋, 秦伟平, 秦冠仕, 黄世华, 张继森, 赵丹, 吕少哲, 林海燕, 刘晃清. TiO2∶Mo体系的光子雪崩上转换. 物理学报, 2003, 52(6): 1540-1544. doi: 10.7498/aps.52.1540
[16]	陈晓波, 何琛娟, 陈鸾, 庄建, 宋增福. 掺Tm钒酸钇的光学性能. 物理学报, 2001, 50(7): 1371-1377. doi: 10.7498/aps.50.1371
[17]	赛·萨楚尔夫, 胡岗. 劣腔情况失谐双光子光学双稳系统的原子压缩效应. 物理学报, 1992, 41(4): 578-586. doi: 10.7498/aps.41.578
[18]	钟权德. 内含等离子体的Fabry-Perot干涉仪的光学开关和双稳现象. 物理学报, 1985, 34(2): 182-187. doi: 10.7498/aps.34.182
[19]	李福利. 双光子光学多稳态理论. 物理学报, 1983, 32(1): 71-83. doi: 10.7498/aps.32.71
[20]	叶佩弦, 张绮香. 双光子共振介质光学双稳特性的理论研究. 物理学报, 1982, 31(6): 779-793. doi: 10.7498/aps.31.779

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物理学报. 2008, 57(9): 5675-5683.

doi: 10.7498/aps.57.5675.

掺Tm激光晶体的可见与红外发光转换及双稳多色开关

1. (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; (3)哈尔滨工业大学物理系，哈尔滨 150001；哈尔滨工程大学理学院，哈尔滨 150001

基金项目: 高等学校博士学科点专项科研基金(批准号: 20070217014)资助的课题.

收稿日期: 2007-09-03
修回日期: 2008-02-27
刊出日期: 2008-09-20

摘要: 理论研究了648nm激光抽运掺Tm晶体的可见与红外发光转换和发光双稳特性.根据系统的耦合速率方程理论，推导了发光转换阈值的解析表达式，数值研究了Tm3+能级布居数，辐射光谱以及发光强度等随抽运光强的变化.数值结果表明，648nm激光抽运下可以实现452/469nm蓝光与1716 nm红外光谱的发光转换.在光子雪崩阈值附近，可以观察到掺Tm晶体的辐射光谱双稳，荧光色度双稳和发光强度双稳等现象.利用掺Tm晶体的可见与红外发光转换与双稳特性，可以实现抽运功率控制的全固态发光转换器和双稳波长

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Chromatic bistability and luminescence switching of visible-infrared emission in Tm-doped laser crystal

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作者及机构信息

(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; (3)哈尔滨工业大学物理系，哈尔滨 150001；哈尔滨工程大学理学院，哈尔滨 150001

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(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; (3)哈尔滨工业大学物理系，哈尔滨 150001；哈尔滨工程大学理学院，哈尔滨 150001

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Chromatic bistability and luminescence switching of visible-infrared emission in Tm-doped laser crystal

1. (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; (3)哈尔滨工业大学物理系，哈尔滨 150001；哈尔滨工程大学理学院，哈尔滨 150001

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