Перестраиваемая генерация ультрафиолетового и синего света от случайного лазера на Nd: YAB, усиленная нелинейными процессами второго порядка

1. Экспериментальные детали Нанокристаллы Nd0.10Y0.90Al3 (BO3) 4 синтезированы методом полимерного предшественника....
2. Генерация ультрафиолета и синего света

Экспериментальные детали

Нанокристаллы Nd0.10Y0.90Al3 (BO3) 4 синтезированы методом полимерного предшественника. Дифракционные картины выявили ромбоэдрическую структуру с пространственной группой R32 (гексагональная ячейка). Среднее распределение частиц по размерам, измеренное с помощью ПЭМ, имеет широкую дисперсию и представляет собой большое количество частиц от 80 до 200 нм с пиком около 120 нм. Детали всей процедуры изготовления, а также структурные и морфологические характеристики нанокристаллов подробно описаны в работе. 24 ,

Возбуждение нанокристаллов осуществлялось с помощью оптического параметрического генератора (ОПО), накачиваемого SH-лазером Nd: YAG с модуляцией добротности (1064 нм; 7 нс, 5 Гц). Освещенная площадь на поверхности образца составляла 1,2 мм2. Спектры фотолюминесценции анализировали с использованием ПЗС-матрицы, связанной со спектрометром, с разрешением ~ 0,1 нм. Измерения времени затухания проводились с использованием быстрого фотоприемника, также связанного со спектрометром. Энергия импульса возбуждения (EPE) контролировалась парой поляризаторов, и направление падающего луча составляло 30 ° относительно нормали образца. Свет, испускаемый порошком, собирался в направлении, перпендикулярном поверхности образца, двояковыпуклой линзой с фокусным расстоянием 5 см и диаметром, равным 5 см. Коллимированный свет фокусировался на щель спектрометра с помощью объектива с фокусным расстоянием 20 см.

Nd3 + случайный лазер

Для генерации излучения RL вследствие перехода Nd3 + 4F3 / 2 → 4F11 / 2 Nd3 + возбуждались в состояния 4F3 / 2, (4F5 / 2, 4H9 / 2), (4F7 / 2, 4S3 / 2), и 4F9 / 2, которые имеют энергии, соответствующие λ exc = 880, 808, 749 и 689 нм соответственно, как указано в Рис. 1 (а) , Соответствующие полосы поглощения, связанные с этими электронными переходами, показаны в спектре диффузного отражения, представленном в Рис. 1 (б) ,

Рисунок 1: Краткое изложение случайной работы лазера Nd3 +.

( а ) Упрощенная диаграмма энергетических уровней ионов Nd3 +. Стрелки вверх указывают на длины волн возбуждения, которые соответствуют максимуму переходов поглощения, а стрелки вниз указывают на случайный лазерный переход на длине волны 1062 нм. ( b ) Спектр диффузного отражения нанокристаллов Nd0.10Y0.90Al3 (BO3) 4 с переходами поглощения Nd3 +, помеченными пиковыми длинами волн, указанными в Рис. 1 (а) ,

Характеристика поведения RL была выполнена путем возбуждения порошка и регистрации испускаемого спектра около 1060 нм для различных значений EPE. При увеличении значений EPE результаты показали сужение полосы пропускания и резкое увеличение пиковой интенсивности, связанной с переходом Nd3 + 4F3 / 2 → 4F11 / 2 при 1062,0 нм, который является максимумом кривой усиления, при пересечении порога EPE (EPEth) как подробно описано в ссылках 23 а также 24 , Переход от люминесценции к RL был подтвержден измерениями времени затухания люминесценции от энергетического уровня 4F3 / 2: для EPE <EPEth было зарегистрировано затухание ≈45 мкс, в то время как для EPE> EPEth время затухания сократилось до примерно 7 нс

фигура 2 отображает зависимость интенсивности RL от EPE, откуда видно, что наиболее эффективной длиной волны для возбуждения RL является λ exc = 808 нм, что соответствует меньшему EPEth и большей эффективности наклона.

Рисунок 2: Эффективность случайного лазерного наклона.

Зависимость интенсивности излучения при 1062,0 нм с энергией импульса возбуждения для четырех длин волн возбуждения, в резонансе с переходами Nd3 +, начинающимися из основного состояния, указана в Рис. 1 (а) , Столбики ошибок сравнимы или меньше, чем символы, представляющие измеренные значения. Освещенная площадь образца и длительность импульса возбуждения составляли 1,2 мм2 и 7 нс соответственно.

Генерация ультрафиолета и синего света

В дополнение к излучению RL, возбуждение вокруг четырех полос поглощения, показанных в Рис. 1 (б) , позволил наблюдать SH луча возбуждения, self- SHG RL и self- SFG путем смешивания волн между RL и пучком возбуждения. Эти процессы генерации эффективны благодаря высоким нелинейным коэффициентам второго порядка нанокристаллов Nd0.10Y0.90Al3 (BO3) 4 24 ,

Рисунок 3 (а) показывает спектр возбуждения RL 1062,0 нм, полученный с максимальным EPE, доступным из используемого OPO. Для длин волн возбуждения между двумя последовательными полосами поглощения Nd3 + RL-излучение не наблюдается. Кроме того, спектр поглощения (полученный из спектра диффузного отражения) показан в виде Рис. 3 (а) в зависимости от длины волны возбуждения. Излучение RL имитирует спектр поглощения и относительные интенсивности между тремя пиками в спектре излучения, которые зависят от различных коэффициентов поглощения, сечения рассеяния света на каждом λ exc, а также из-за небольшого изменения выходной энергии OPO при сканировании спектральный диапазон, как показано в Рис. 3 (а) , Рисунок 3 (б) показывает поведение возбуждающего луча SH между 340 и 460 нм для λ exc в диапазоне от 680 до 920 нм. Рост интенсивности с λ exc не корректировался относительно спектрального отклика ПЗС, использованного для сбора данных. Нет данных для возбуждения около 680 нм из-за более низкой чувствительности ПЗС. Долины с центрами 749, 808 и 880 нм обусловлены высокой эффективностью преобразования возбуждающего луча в излучение RL. Рисунок 3 (с) представляет спектр возбуждения для собственной SFG, который зависит как от возбуждающего луча, так и от излучения RL. Для длин волн возбуждения, которые не генерируют излучение RL, само- SFG не наблюдается.

( а ) Спектр возбуждения случайного лазера (RL) при 1062 нм. Также представлены спектры поглощения порошка и энергии импульса возбуждения. Спектры возбуждения второй гармоники возбуждения RL ( b ) и генерации собственной суммы частот ( c ) вследствие смешивания волн между RL и пучком возбуждения. Столбики ошибок не показаны на рисунке, потому что они маленькие или не предоставляют никакой соответствующей информации для интерпретации данных. Освещенная площадь образца и длительность импульса составляли 1,2 мм2 и 7 нс соответственно.

Отметим, что спектр, представленный в Рис. 3 (с) иллюстрирует первую операцию перестраиваемого антистоксова источника излучения на основе RL. Длины волн, излучаемых в диапазоне от 417 до 486 нм ( λ SSFG ), обусловлены собственной SFG между RL и λ exc , настроенной в диапазоне от 680 до 920 нм.

Результат Рис. 3 суммированы в Рис. 4 который также отображает теоретические длины волн, ожидаемые для обоих процессов, которые определяются с λ RL = 1062,0 нм и , Отсутствие экспериментальных данных само- SFG в двух спектральных окнах объясняется отсутствием излучения RL, когда λ exc принимает значения между двумя последовательными полосами поглощения Nd3 +.

Рисунок 4: Длина волны ультрафиолетового и синего света как функция длины волны возбуждения.

Сплошные линии, соединяющие данные, представляют генерацию второй гармоники и частоты самосумма, ожидаемые с учетом падающей и RL длин волн. Цветная панель показывает цвет сгенерированных длин волн. Столбики ошибок меньше символов, представляющих измеренные значения.

Воспроизводимость представленных результатов обеспечивается неразрушением наночастиц Nd: YAB при лазерном воздействии.

Похожие

Комментарии