Ho3+,Tm3+單摻YLF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、無振動且可靠性高的全固態(tài)制冷裝置而受到了大量的關注。在過去的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)進入超低溫制冷的范疇。但是,目前得到的制冷效率對于實際應用仍有待于進一步提高。解決這個問題的一個途徑是:采用電子能帶寬度較窄的稀土離子摻雜的新型光學材料作為制冷介質。本文就兩種低聲子能光學材料—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四能級主方程模型。根據(jù)此模型導出的稀土摻雜離子在激發(fā)態(tài)電子能級的斯塔克劈裂間的統(tǒng)計特性,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速率方程模型,用來描述固體激光制冷系統(tǒng)中光子吸收和輻射的細節(jié)問題。分析了固體激光制冷系統(tǒng)的兩個最重要參數(shù)—吸收效率和外量子效率—對制冷效率的影響。
　　根據(jù)Ho3+5I7和Tm3

3、+3F4能級在YLF晶體中的發(fā)射光譜數(shù)據(jù)和材料參數(shù),給出了對應于5I7→5I8和3F4→3H6躍遷的平均熒光波長隨溫度的變化規(guī)律。利用能帶定律,計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、泵浦波長和泵浦功率有關的吸收效率。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的最