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Tm3+ 掺杂ZrF4 -BaF2 -LaF3 -AlF3 -NaF-PbF2玻璃激光制冷中荧光再吸收效应的理论分析

贾佑华 钟标 印建平

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Tm3+ 掺杂ZrF4 -BaF2 -LaF3 -AlF3 -NaF-PbF2玻璃激光制冷中荧光再吸收效应的理论分析

贾佑华, 钟标, 印建平

Fluorescence reabsorption analysis on laser cooling of Tm3+ doped ZrF4 -BaF2 -LaF3 -AlF3 -NaF-PbF2 glass

Jia You-Hua, Zhong Biao, Yin Jian-Ping
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  • 固体材料的激光制冷是近年来发展起来的一个新的研究领域. 掺Tm3+的ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF-PbF2(ZBLANP)玻璃材料是激光冷却的典型材料之一. 与另一种制冷掺杂离子Yb3+相比,Tm3+具有更好的制冷潜力. 目前制约材料制冷的一个主要机理就是荧光再吸收. 首先根据Tm3+:ZBLANP的光谱参数,利用半经典的随机行走模型得到了不同情况下的平均荧光再吸收次数,随后分析了荧光光子界面出射的全反射效应,并对所得结果进行了修正. 计算结果表明,荧光再吸收会导致量子效率降低0.5%-1%,出射荧光波长红移达到2-10 nm,激光制冷的效率和功率降低. 为了有利于荧光出射和净制冷的实现, 宜采用小体积细长棒的制冷元.
    Laser cooling of solid material has become a new developing research area in recent years. Tm3+ doped ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF-PbF2 glass is one of the hot materials in this field. Compared with Yb3+, Tm3+ has better cooling potential. Up to date, one of the main factors restricting the cooling effect is fluorescent reabsorption. In this paper, firstly, using several spectral parameters of Tm3+, the reabsorption effect is calculated by stochastic model which is a semianalytical approach to this problem. The average number of absorption events is obtained. Afterwards, the effect of fluorescence trapping due to total internal reflection is analyzed. The results show that the quantum efficiency will be lowed by 0.5%1% due to reabsorption, that the redshift of the mean fluorescence wavelength is in the range of 210 nm, and that the cooling efficiency and the cooling power decrease. Finally, after discussion, we find that the use of a small size and a long thin geometry will benefit to the fluorescence emission and cooling effect.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:10974055 )、上海市高等学校优秀青年教师科研基金(批准号:B50YQ309001)和上海第二工业大学科研基金(批准号:A20XQD20907)资助的课题.
    [1]

    Pringsheim P 1929 Z. Phys. 57 739

    [2]
    [3]

    Epstein R I, Buchwald M I, Edwards B C, Gosnell T R, Mungan C E 1995 Nature 377 500

    [4]

    Hoyt C W, Sheik-Bahae M, Epstein R I, Edwards B C, Anderson J E 2000 Phys. Rev. Lett. 85 3600

    [5]
    [6]
    [7]

    Fernandez J, Garcia A J, Balda R 2006 Phys. Rev. Lett. 97 033001

    [8]

    Hoyt C W, Hasselbeck M P, Sheik-Bahae M, Epstein R I, Greenfield S, Thiede J, Distel J, Valencia J 2003 J. Opt. Soc. Am. B 20 1066

    [9]
    [10]
    [11]

    Rayner A, Friese M E J, Truscott A G, Heckenberg N R, Rubinsztein-Dunlop H 2001 J. Mod. Opt. 48 103

    [12]
    [13]

    Bowman S R, Mungan C E 2000 Appl. Phys. B 71 807

    [14]

    Chen G X, Zhang Q Y, Zhao C, Shi D M, Jiang Z H 2010 Acta Phys. Sin. 59 1321 (in Chinese) [陈敢新、张勤远、赵 纯、石冬梅、姜中宏 2010 物理学报 59 1321]

    [15]
    [16]
    [17]

    Gao D L, Zhang X Y, Zhang Z L, Xu L M, Lei Y, Zheng H R 2009 Acta Phys. Sin. 58 6108 (in Chinese) [高当丽、张翔宇、张正龙、徐良敏、雷 瑜、郑海荣 2009 物理学报 58 6108]

    [18]
    [19]

    Chen X B, Wang C, Gregory J S, Naruhito S, Kang D G, Masaaki O, Yang G J, Peng F L 2009 Chin. Phys. B 18 5523

    [20]

    Heeg B, DeBarber P A, Rumbles G 2005 Appl. Opt. 44 3117

    [21]
    [22]
    [23]

    Olson R W, Loring R F, Fayer M D 1981 Appl. Opt. 20 2934

    [24]
    [25]

    Heeg B, Rumbles G 2003 J. Appl. Phys. 93 1966

    [26]
    [27]

    Saleh B 1991 Fundamentals of Photonics (New York: Wiley) p55

    [28]
    [29]

    Luo X, Eisaman M D, Gosnell T R 1998 Opt. Lett. 23 639

    [30]

    Zhao C H, Zhang B P, Shang P P 2009 Chin. Phys. B 18 5539

    [31]
  • [1]

    Pringsheim P 1929 Z. Phys. 57 739

    [2]
    [3]

    Epstein R I, Buchwald M I, Edwards B C, Gosnell T R, Mungan C E 1995 Nature 377 500

    [4]

    Hoyt C W, Sheik-Bahae M, Epstein R I, Edwards B C, Anderson J E 2000 Phys. Rev. Lett. 85 3600

    [5]
    [6]
    [7]

    Fernandez J, Garcia A J, Balda R 2006 Phys. Rev. Lett. 97 033001

    [8]

    Hoyt C W, Hasselbeck M P, Sheik-Bahae M, Epstein R I, Greenfield S, Thiede J, Distel J, Valencia J 2003 J. Opt. Soc. Am. B 20 1066

    [9]
    [10]
    [11]

    Rayner A, Friese M E J, Truscott A G, Heckenberg N R, Rubinsztein-Dunlop H 2001 J. Mod. Opt. 48 103

    [12]
    [13]

    Bowman S R, Mungan C E 2000 Appl. Phys. B 71 807

    [14]

    Chen G X, Zhang Q Y, Zhao C, Shi D M, Jiang Z H 2010 Acta Phys. Sin. 59 1321 (in Chinese) [陈敢新、张勤远、赵 纯、石冬梅、姜中宏 2010 物理学报 59 1321]

    [15]
    [16]
    [17]

    Gao D L, Zhang X Y, Zhang Z L, Xu L M, Lei Y, Zheng H R 2009 Acta Phys. Sin. 58 6108 (in Chinese) [高当丽、张翔宇、张正龙、徐良敏、雷 瑜、郑海荣 2009 物理学报 58 6108]

    [18]
    [19]

    Chen X B, Wang C, Gregory J S, Naruhito S, Kang D G, Masaaki O, Yang G J, Peng F L 2009 Chin. Phys. B 18 5523

    [20]

    Heeg B, DeBarber P A, Rumbles G 2005 Appl. Opt. 44 3117

    [21]
    [22]
    [23]

    Olson R W, Loring R F, Fayer M D 1981 Appl. Opt. 20 2934

    [24]
    [25]

    Heeg B, Rumbles G 2003 J. Appl. Phys. 93 1966

    [26]
    [27]

    Saleh B 1991 Fundamentals of Photonics (New York: Wiley) p55

    [28]
    [29]

    Luo X, Eisaman M D, Gosnell T R 1998 Opt. Lett. 23 639

    [30]

    Zhao C H, Zhang B P, Shang P P 2009 Chin. Phys. B 18 5539

    [31]
  • [1] 刘恒, 张钧翔, 付士杰, 盛泉, 史伟, 姚建铨. 有源光纤中稀土离子激光上能级寿命测量的研究. 物理学报, 2019, 68(22): 224202. doi: 10.7498/aps.68.20190616
    [2] 张翔宇, 马英翔, 徐春龙, 丁健, 全红娟, 侯兆阳, 石刚, 秦宁, 高当丽. 单颗粒稀土微/纳晶体上转换荧光行为的光谱学探究. 物理学报, 2018, 67(18): 183301. doi: 10.7498/aps.67.20172191
    [3] 盛洁, 张国梁, 李玉强, 朱涛, 蒋中英. 荧光显微镜研究极端pH值诱导磷脂支撑膜的侧向再组织. 物理学报, 2014, 63(6): 068702. doi: 10.7498/aps.63.068702
    [4] 贾佑华, 高勇, 钟标, 印建平. Er3+掺杂玻璃腔内增强激光冷却理论分析. 物理学报, 2014, 63(7): 074203. doi: 10.7498/aps.63.074203
    [5] 郭凯敏, 高 勋, 郝作强, 鲁毅, 孙长凯, 林景全. 空气中飞秒激光等离子体荧光辐射光谱研究. 物理学报, 2012, 61(7): 075212. doi: 10.7498/aps.61.075212
    [6] 延凤平, 刘鹏, 陶沛琳, 李琦, 彭万敬, 冯亭, 谭思宇. 双包层稀土掺杂光纤抽运吸收特性的分析. 物理学报, 2012, 61(16): 164203. doi: 10.7498/aps.61.164203
    [7] 孙家跃, 曹纯, 杜海燕. NaLa(MoO4)2∶Eu3+的水热调控合成与发光特性研究. 物理学报, 2011, 60(12): 127801. doi: 10.7498/aps.60.127801
    [8] 林良书, 薛燕陵, 蒋器成, 张晓敏, 吴 鹏, 刘月明. Er3+在二氧化硅介孔分子筛中的高效率发光及其分析. 物理学报, 2008, 57(9): 5989-5995. doi: 10.7498/aps.57.5989
    [9] 贾佑华, 纪宪明, 印建平. 影响固体材料激光冷却若干因素的研究. 物理学报, 2007, 56(3): 1770-1774. doi: 10.7498/aps.56.1770
    [10] 徐 慧, 盛政明, 张 杰. 相对论效应对激光在等离子体中的共振吸收的影响. 物理学报, 2006, 55(10): 5354-5361. doi: 10.7498/aps.55.5354
    [11] 孙海生, 贾佑华, 纪宪明, 印建平. Tm3+掺杂光纤激光制冷的理论分析. 物理学报, 2006, 55(6): 3112-3118. doi: 10.7498/aps.55.3112
    [12] 韩 鹏, 金奎娟, 周岳亮, 周庆莉, 王 旭, 赵嵩卿, 马中水. GaAs/Ga1-xAlxAs半导体量子阱光辐射-热离子制冷. 物理学报, 2005, 54(9): 4345-4349. doi: 10.7498/aps.54.4345
    [13] 秦伟平, 秦冠仕, 张继森, 吴长锋, 王继伟, 杜国同. 单分子-光子制冷泵的热力学行为. 物理学报, 2001, 50(8): 1467-1474. doi: 10.7498/aps.50.1467
    [14] 张 龙, 张军杰, 祁长鸿, 林凤英, 胡和方. 稀土离子掺杂的AlF3基氟化物玻璃. 物理学报, 2000, 49(8): 1620-1626. doi: 10.7498/aps.49.1620
    [15] 马 义, 闫 阔, 杨 波, 夏上达. 掺杂稀土离子发光动力学模型. 物理学报, 1999, 48(7): 1361-1371. doi: 10.7498/aps.48.1361
    [16] 秦伟平, 张家骅, 黄世华. 固体中非均匀线形内能量传递引起的荧光制冷效应. 物理学报, 1998, 47(8): 1397-1403. doi: 10.7498/aps.47.1397
    [17] 张思远. 晶体中稀土离子能级重心的位移. 物理学报, 1987, 36(8): 1093-1098. doi: 10.7498/aps.36.1093
    [18] 余玮, 徐至展. 激光等离子体中的共振吸收所引起的谐波发射. 物理学报, 1984, 33(4): 547-553. doi: 10.7498/aps.33.547
    [19] 常铁强, 聂景忠. 等离子体集体效应对激光逆轫致吸收的影响. 物理学报, 1984, 33(10): 1437-1441. doi: 10.7498/aps.33.1437
    [20] 顾宗权, 王永良. 稀土离子电声子耦合S因子的计算. 物理学报, 1984, 33(1): 99-104. doi: 10.7498/aps.33.99
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出版历程
  • 收稿日期:  2010-01-29
  • 修回日期:  2011-08-15
  • 刊出日期:  2011-06-05

Tm3+ 掺杂ZrF4 -BaF2 -LaF3 -AlF3 -NaF-PbF2玻璃激光制冷中荧光再吸收效应的理论分析

  • 1. 上海第二工业大学理学院,上海 201209;
  • 2. 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200062
    基金项目: 国家自然科学基金(批准号:10974055 )、上海市高等学校优秀青年教师科研基金(批准号:B50YQ309001)和上海第二工业大学科研基金(批准号:A20XQD20907)资助的课题.

摘要: 固体材料的激光制冷是近年来发展起来的一个新的研究领域. 掺Tm3+的ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF-PbF2(ZBLANP)玻璃材料是激光冷却的典型材料之一. 与另一种制冷掺杂离子Yb3+相比,Tm3+具有更好的制冷潜力. 目前制约材料制冷的一个主要机理就是荧光再吸收. 首先根据Tm3+:ZBLANP的光谱参数,利用半经典的随机行走模型得到了不同情况下的平均荧光再吸收次数,随后分析了荧光光子界面出射的全反射效应,并对所得结果进行了修正. 计算结果表明,荧光再吸收会导致量子效率降低0.5%-1%,出射荧光波长红移达到2-10 nm,激光制冷的效率和功率降低. 为了有利于荧光出射和净制冷的实现, 宜采用小体积细长棒的制冷元.

English Abstract

参考文献 (31)

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