中科院强激光材料重点实验室*

研究项目

更新时间:2019-12-31 【打印】 【关闭

近年来,实验室先后承担了数十项国家863、上海市光科技、国家自然科学基金、中国科学院知识创新项目等课题研究等研究课题,涉及到高功率激光薄膜的制备技术、薄膜生长机理与结构调控、激光薄膜元件的综合特性检测技术、激光与光学材料相互作用机制、玻璃/晶体微纳复合激光材料,新型有机/无机复合光功能材料,雷达隐身性能光学窗口以及大尺寸红外玻璃等领域等领域;先后在国内外重要学术期刊上发表学术论文200多篇,申请专利数十项。

部分在研课题列表:

1) 248nm激光薄膜损伤机理研究,国家自然科学基金

负责人:易葵     执行期限:2007.1~2009.12

激光薄膜的损伤问题始终是限制激光向高功率、大能量发展的"瓶颈",经过国内外数十年对损伤机理研究,已经取得了一定成果,248nm波长激光薄膜的损伤问题与可见、红外波段薄膜损伤问题虽然同为激光作用下薄膜损伤,但由于248nm激光器的工作波长较短、光子能量高,薄膜的损伤具有本征吸收大、存在电离和多光子吸收等非线性过程等明显特点,国外对该方面的研究已经取得了一定的成果,但在国内尚未进行系统性的研究,并且大多数限于对实验现象的描述。本项目将研究用于248nm激光系统中薄膜的损伤机理相关问题,主要研究内容包括块体材料及薄膜材料能带结构、结构缺陷等对损伤过程的影响,薄膜样品的各种特性与损伤阈值之间关系,通过对损伤的发生发展过程探测,研究导致薄膜损伤的主因,初步建立损伤机理的物理模型,并通过对理论模型分析,探索提高248nm激光薄膜损伤阈值的有效技术途径。

2) 宽光谱介质光栅的原理及其应用研究,国家自然科学基金

负责人:晋云霞     执行期限:2008.1~2010.12

全介质膜光栅具有吸收小、衍射效率高等优点,被广泛用于光通信、集成光学以及激光系统中。宽光谱光源的发展和应用对全介质膜光栅的带宽也提出了新的要求。但是,如何进一步拓宽其反射衍射带宽,国内外至今未进行深入报道,也没有成熟的经验可循。本项目拟重点研究具有宽光谱的多层介质膜光栅的设计和制作原理以及性能测试的相关技术;根据等效折射率匹配原理,探讨反射带内导波模的抑制方法;详细研究不同中心波长处,具有宽带高衍射效率介质膜光栅的结构设计以及光栅的反射带宽与其结构参数和使用条件的关系,并发展多层介质膜光栅的光谱特性和抗激光损伤特性的关键测试技术。该光栅的成功研制可取代传统的金属光栅,而且对发展集成光学和高功率超短脉冲激光有重要的理论价值和现实意义。

3) 真空环境下光学薄膜的激光损伤机理研究,国家自然科学基金

负责人:赵元安     执行期限:2008.1~2010.12

随着空间技术和激光技术的发展,越来越多的光学薄膜元件需在真空环境中使用。使用环境的改变产生了很多不同于大气条件下光学薄膜元件激光损伤的新问题,损伤机理研究势在必行。国外对真空环境光学薄膜激光损伤的研究取得了一些成果,但国内尚未系统地展开。本项目将研究真空环境光学薄膜激光损伤机理。通过对真空条件的控制,分析不同条件下的各类光学薄膜的损伤行为,获得定量的损伤阈值和实验规律,结合理论模拟,对损伤过程进行系统分析,初步建立真空环境光学薄膜激光损伤机理的物理模型。探索提高真空中光学薄膜元件激光损伤阈值的技术途径。

4) 基底亚表面缺陷对激光薄膜的性能影响及其表征与控制,国家自然科学基金

负责人:邵建达     执行期限:2009.1~2011.12

由光学元件亚表面缺陷引起的激光损伤是限制高功率激光系统能量进一步提高的重要原因。本项目首先采用不同的表征方法如化学刻蚀、受抑全反射等对光学元件的亚表面缺陷进行综合表征,探究亚表面缺陷对抛光工艺的依赖关系;进而研究光学元件的亚表面缺陷对激光薄膜光学的性能和损伤阈值的影响,分析光学元件的激光损伤与其亚表面缺陷之间的耦合机理;另外,探索研究亚表面缺陷的后处理手段如激光预处理、离子轰击等在改善光学元件性能方面作用。项目的目标是深入认识亚表面缺陷诱导损伤机理,并为抑制亚表面缺陷对激光薄膜性能的负面影响寻找有效的解决途径。

5)新型红外玻璃组成-结构-性能及其纳米微晶化研究,中科院百人计划

负责人:张龙 执行期限:2008.1~2010.12

本项目主要针对重要光电系统对红外窗口材料更大尺寸和更高热-机性能的迫切需求,开展红外玻璃形成-性能-结构研究,解决玻璃红外性能与析晶失透的矛盾问题,发展适合大尺寸制备、具有优良红外性能的玻璃体系及组成;开展红外玻璃微晶化机制研究,解决红外玻璃的纳米尺度均匀微晶化进程控制,发展性能优化的新型红外微晶玻璃,提升红外窗口材料的耐热冲击和机械强度性能。

6)利用强激光诱导实现红外光窗的抗电磁干扰功能,上海市优秀学科带头人

负责人:张龙 执行期限:2010.4~2012.3

结合特殊光电系统的抗电磁功能的必然趋势,本研究基于我们近年发展的综合性能国际先进的镓酸盐红外玻璃,利用近年来发展迅速的飞秒激光与玻璃相互作用的一些独特特征,探求空间可操控性地在特种红外玻璃内部诱导制作具有特定周期性结构的导电金属网栅,发展强场飞秒激光在特种红外玻璃内部“直写”制作具有雷达隐身的周期性结构的导电金属网栅技术,发展的新型高性能红外光窗的(可调制)滤波抗干扰和雷达隐身。

7)非硅氧玻璃及稀土离子掺杂sol-gel合成研究,国家自然科学基金

负责人:张龙 执行期限:2009.1~2011.12

本项目主要针对目前sol-gel领域具备挑战性的难点-重金属离子以及稀土离子掺杂的sol-gel制备。重金属离子和稀土离子的前驱体在溶液中普遍存在水解过快而很难螯合,针对这个难题,我们设计新型的具备比硅更容易反应的 AlPO4溶胶凝胶玻璃,通过螯合剂对稀土以及重金属离子的初期螯合,最后掺杂进入该体系中。运用核磁共振的先进手段跟踪检测溶胶凝胶过程的反应,探索溶胶凝胶工艺参数(温度,水解条件,PH以及热处理工艺等)对玻璃结构以及稀土发光性能的影响。

8)AlPO4介孔玻璃激光染料掺杂及发光特性研究,国家自然科学基金

负责人:张龙   执行期限:2011.1~2013.12

面向激光和先进光学应用,进行激光染料掺杂是微介孔材料当前和未来重要研究发展方向,可望实现激光染料高浓度致密(无团聚)填充,有望突破染料激光难以实现高效率、高稳定性、长寿命的技术 “瓶颈”。本项目以我们近年发展的高比表面积、透明介孔磷酸铝玻璃作为载体,开展激光染料掺杂研究。运用多种结构分析手段研究激光染料先驱体与介孔玻璃载体间的相互作用,系统研究介孔结构、孔径大小和尺度分布、比表面积、染料先驱体的化学修饰溶剂、以及染料浸染和固化工艺参数(温度、时间、pH值)等对激光染料掺杂和发光性能影响,优化激光染料掺杂AlPO4基-介孔玻璃制备方案,实现激光染料的高浓度致密(化学键合)无团聚掺杂,发展新型高效、高功率、高稳定性的固体激光染料增益介质(及载体),这对进一步推动光电子领域(尤其是固体染料激光器、传感器、光太阳能电池等)的发展有重要意义。

9)氮化物荧光衬底-掺杂ß-Ga2O3晶体的生长与性能研究 国家自然科学基金

负责人 夏长泰   执行期限:2007-1-1~2009-12-31

β-Ga2O3 晶体是一种新型透明氧化物导体, 并且与GaN的晶格失配率仅为1.9%,如用ß-Ga2O3晶面直接氮化则可实现与GaN晶格的完全匹配,是一种有发展前途的新型GaN基蓝-紫光LED衬底材料。目前流行的白光LED的发光结构都是利用LED和萤光体的组合,日亚化学(Nichia)利用蓝光LED照射一层YAG萤光物质以产生与蓝光互补的555nm波长黄光的组合,而豊田合成(Toyoda Gosei)与东芝所共同开发的白光LED,则采用紫外光LED与萤光体组合的方式。本项目首次提出通过稀土离子或过渡金属离子掺杂来获得一种新型GaN基LED的荧光衬底材料。采用这种新型荧光衬底来制作白光LED,其原理是利用荧光衬底所发的光与LED所发的光的组合而成白光,不再需要传统的磷光体, 将更节省能源、降低制造成本及复杂度。

10)新型荧光衬底掺杂ScAlMgO4单晶的生长与性能研究 国家自然科学基金

负责人 周国清    执行期限:2008年1月~2010年12月

针对目前荧光粉涂敷制得的白光LED存在寿命短、光效低和成本高的关键性问题开展研究,本项目提出采用一种新型荧光衬底白光LED发光结构,来取代传统的荧光粉体,制备出结构更简单、效率更高和成本更低的白光LED。

其关键思想和实现方法是制备出稀土或过渡金属离子掺杂的ScAlMgO4单晶荧光衬底,利用LED发出的光与荧光衬底产生的光组合形成白光。ScAlMgO4是目前受到国内外广泛关注的一种新型GaN和ZnO基发光器件用衬底材料,它与GaN和ZnO的晶格失配率分别仅为1.8%和0.09%,不仅具有理想的结构、稳定的物化性能,而且与GaN、ZnO热膨胀系数匹配更好。特别是,ScAlMgO4独特的结构解决了现有衬底如Al2O3、Si、SiC、ZnO、LiAlO2等难以实现稀土离子(如Ce3+、Eu3+等发光离子)掺杂的难题。本项目的成功实施,有望在新型荧光衬底发光结构的白光LED上形成一条新的技术路线。

11)1.5微米波段新型高效谐振泵浦Er:GYSO激光晶体的研究 国家自然科学基金重大研究计划培育项目

负责人:赵广军 执行期限:2010.01~2012.12

人眼安全1.5微米波段激光在医疗、遥感探测、通讯、雷达成像及非线性频率转换等方面具有重要的应用前景,是目前固体激光领域中研究的热点。采用高功率LD或Yb/Er光纤谐振泵浦Er晶体激光器,具有量子效率高(大于90%)、废热产生少、储能大等特点,是目前实现高效、高功率、高光束质量1.5微米波段连续和高重频调Q激光输出的最佳途径。本项目提出的低对称双格位Er:GYSO激光晶体具有Er离子基态能级劈裂大、量子缺陷小、1.5微米波段吸收和发射谱带宽、线偏振激光输出等特点,是一种新型高效1.5微米波段谐振泵浦激光晶体。本项目主要研究Er:GYSO新型激光晶体的生长、结构、光学光谱等特征,通过优化晶向、浓度以及Gd/Y比例等以实现Er:GYSO晶体1.5微米波段的高效谐振泵浦激光输出。