Ho3+,Tm3+單摻Y(jié)LF晶體激光制冷研究.pdf

1、固體激光制冷或反斯托克斯熒光制冷,可用于制造緊湊型、無(wú)振動(dòng)且可靠性高的全固態(tài)制冷裝置而受到了大量的關(guān)注。在過(guò)去的17年中,固體激光制冷得到了系統(tǒng)的發(fā)展,并且最近已經(jīng)進(jìn)入超低溫制冷的范疇。但是,目前得到的制冷效率對(duì)于實(shí)際應(yīng)用仍有待于進(jìn)一步提高。解決這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)途徑是:采用電子能帶寬度較窄的稀土離子摻雜的新型光學(xué)材料作為制冷介質(zhì)。本文就兩種低聲子能光學(xué)材料—Ho3+:YLF晶體和Tm3+:YLF晶體的固體激光制冷,做了理論上的研究。

2、>　　本文首次為反斯托克斯熒光制冷建立了一個(gè)四能級(jí)主方程模型。根據(jù)此模型導(dǎo)出的稀土摻雜離子在激發(fā)態(tài)電子能級(jí)的斯塔克劈裂間的統(tǒng)計(jì)特性,給出了理想制冷功率密度隨溫度的變化規(guī)律,并推測(cè)出Ho3+:YLF晶體的制冷溫度范圍。此外,還給出了反斯托克斯熒光制冷的二能級(jí)速率方程模型,用來(lái)描述固體激光制冷系統(tǒng)中光子吸收和輻射的細(xì)節(jié)問(wèn)題。分析了固體激光制冷系統(tǒng)的兩個(gè)最重要參數(shù)—吸收效率和外量子效率—對(duì)制冷效率的影響。
　　根據(jù)Ho3+5I7和Tm3

3、+3F4能級(jí)在YLF晶體中的發(fā)射光譜數(shù)據(jù)和材料參數(shù),給出了對(duì)應(yīng)于5I7→5I8和3F4→3H6躍遷的平均熒光波長(zhǎng)隨溫度的變化規(guī)律。利用能帶定律,計(jì)算得到了摻雜濃度分別為0.5％和1%的Ho3+:YLF和Tm3+:YLF晶體樣品的外量子效率。利用Ho3+5I7和Tm3+3F4能級(jí)在YLF晶體中的吸收光譜數(shù)據(jù),得到了與背景吸收、泵浦波長(zhǎng)和泵浦功率有關(guān)的吸收效率。接著,分析得出Ho3+:YLF和Tm3+:YLF晶體樣品的最大制冷效率及相應(yīng)的最