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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

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李立, 张新陆, 崔金辉, 陈历学. 2010: 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, 物理学报, 59(2): 1052-1062.
引用本文: 李立, 张新陆, 崔金辉, 陈历学. 2010: 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, 物理学报, 59(2): 1052-1062.
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Li Li, Zhang Xin-Lu, Cui Jin-Hui, Chen Li-Xue. 2010: Characteristics of intrinsic optical bistability and parameter optimization in Tm~(3+)/Yb~(3+) codoped laser crystal, Acta Physica Sinica, 59(2): 1052-1062.
Citation: Li Li, Zhang Xin-Lu, Cui Jin-Hui, Chen Li-Xue. 2010: Characteristics of intrinsic optical bistability and parameter optimization in Tm~(3+)/Yb~(3+) codoped laser crystal, Acta Physica Sinica, 59(2): 1052-1062.
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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

  • 哈尔滨工程大学理学院,哈尔滨,150001;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

  • 哈尔滨工业大学物理系,哈尔滨,150001

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

  • 摘要: 理论研究了650 nm激光雪崩抽运Tm~(3+)/Yb~(3+)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Tm~(3+)/Yb~(3+)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Tm~(3+)/Yb~(3+)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Tm~(3+)/Yb~(3+)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Tm~(3+)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.
    Abstract: 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.
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出版历程
  • 刊出日期:  2010-02-28

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

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

摘要: 理论研究了650 nm激光雪崩抽运Tm~(3+)/Yb~(3+)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Tm~(3+)/Yb~(3+)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Tm~(3+)/Yb~(3+)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Tm~(3+)/Yb~(3+)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Tm~(3+)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.

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