A novel dual-wavelength DFB fiber laser based on symmetrical FBG structure

A novel grating structure is proposed and demonstrated to obtain stable dual-wavelength (DW) distributed-feedback (DFB) fiber lasers at room temperature. The proposed grating is based on a symmetrical structure, where one half is periodically sampled by "0"-to-"pi" period and the other half is done by "pi"-to-"0" period. This structure can create two separated resonance cavities and hence achieve the stable DW lasing operation. By fabricating the proposed grating on a piece of Er: Yb-codoped fiber, we experimentally obtain a stable DW-DFB fiber laser with wavelength spacing of similar to 440 pm at room temperature.

Eye-safe, high-energy, single-mode all-fiber laser with widely tunable repetition rate

We present a novel high-energy, single-mode, all-fiber-based master-oscillator-power-amplifier (MOPA) laser system operating in the C-band with 3.3-ns pulses and a very widely tunable repetition rate, ranging from 30 kHz to 50 MHz. The laser with a maximum pulse energy of 25 mu J and a repetition rate of 30 kHz is obtained at, a wavelength of 1548 nm by using a double-clad, single-mode, Er:Yb co-doped fiber power amplifier.

Environmentally stable ytterbium figure-of-eight fiber laser producing 177-fs pulses

Pulses of 177 fs and 1035 nm, with average power of 1.2 mW, have been generated directly from a passively mode-locked Yb-doped figure-of-eight fiber laser, with a nonlinear optical loop mirror for mode-locking and pairs of diffraction gratings for intracavity dispersion compensation. To our knowledge, these are the shortest pulses ever to come from a passively mode-locked Yb-doped figure-of-eight fiber laser. This represents a 5-fold reduction in pulse duration compared with that of previously reported passively mode-locked Yb-doped figure-of-eight fiber lasers. Stable pulse trains are produced at the fundamental repetition rate of the resonator, 24.0 MHz. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Generation of 207-femtosecond pulses from a ytterbium figure-of-eight fibre laser

We report the generation of 207-fs pulses with 1.2mW average power at 1036 nm directly from a passively mode-locked Yb-doped fibre laser with a nonlinear optical loop mirror for mode-locking and pairs of diffraction gratings for intracavity dispersion compensation. These results imply a 4-fold reduction in pulse duration over previously reported figure-of-eight cavity passively mode-locked Yb-doped fibre lasers. Stable pulse trains are produced at the fundamental repetition rate of the resonator, 24.0MHz. On the other hand, this laser offers a cleaner spectrum and greater stability and is completely self-starting.

锁模脉冲波长连续可调谐光纤激光器

国家自然科学基金(60537060)资助

Spectrum broadening and reshaping via gain compensation of fiber amplifier

We report a novel technique to broaden and reshape the spectrum of picosecond laser pulse based on the seeder of gain switch laser diode and Yb(3+)-doped fiber amplifier (YDFA). From compensating the seed spectrum with the gain of YDFA, the seed pulse of 7 nm bandwidth is broadened to 20 nm, and the flat top spectral shape is obtained as well. A self-made fiber coupled tunable filter is used to realize the tunable output laser with the wavelength range from 1053 nm to 1073 nm and the line width of 1.4 nm.

Stacking chirped pulse optical parametric amplification

Stacking chirped pulse optical parametric amplification based on a home-built Yb(3+)-doped mode-locked fiber laser and an all-fiber pulse stacker has been demonstrated. Energic 11 mJ shaped pulses with pulse duration of 2.3 ns and a net total gain of higher than 1.1 x 10(7) at fluctuation less than 2% rms are achieved by optical parametric amplification pumped by a Q-switched Nd:YAG frequency-doubled laser, which provides a simple and efficient amplification scheme for temporally shaped pulses by stacking chirped pulse. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

EDWA用基础玻璃的光谱特性研究

制备了掺Er¨ 和Er¨／Yb¨共掺的可用于EDWA(掺铒波导放大器)的Na20．B，0 ．SiO， 玻璃．吸收光谱特性表明：不同掺杂Er20 浓度基础玻璃峰位置基本相同，但玻璃在相同波长处的 吸收率随着Er203浓度的增加而增大；光敏剂Yb 0 的加入明显增大了样品在978 nm处的吸收面 积；荧光光谱特性表明：随着Er O 浓度的增加玻璃在1536 nm处的荧光半高宽(FWHM)由80 nm 减小到40 nm，从而确定本体系的Er20 掺杂浓度为0．2 mo1％ 左右较好．

Intense green upconversion emission in Tb3+/Yb3+ co-doped alumino-germano-silicate optical fibers

Tb/Yb共掺的石英光纤的上转换绿光发光研究，研究了最佳浓度配比和发光机理。

Cyanex923萃取稀土热力学、动力学及界面现象的研究

本文研究了中性萃取剂三烷基氧化膦(Cyanex 923)从硫酸介质中萃取与反萃三价稀土Yb(III)的热力学和动力学机理，对该萃取剂的界面活性进行了深入的研究，并详细探讨了其从硫酸介质中萃取Ce(IV)时液/液界面的吸附参数及萃合物的聚集。此外，还考察了一种羧酸类萃取剂仲辛基苯氧基取代乙酸(CA-12)所组成的萃取有机相中W/O微乳液的热力学稳定性与结构参数。 1. 研究了Cyanex 923从硫酸介质中萃取与反萃Yb(III)的热力学。考察了一些影响萃取与反萃的条件，如：酸度、盐析剂、温度、反萃剂种类等，得出了萃取机理与热力学函数，为分离Yb(III)与其它稀土元素提供了有用的参数。 2. 研究了Cyanex 923 从硫酸体系中萃取Yb(III)的动力学，通过考察搅拌强度、比界面积、温度、反应物浓度等各种因素对萃取速率的影响，确定其对Yb(III) 的萃取动力学为扩散控制过程，反应主要在液/液界面进行，控制步骤为反应物种通过界面凝滞膜的界面扩散过程，并推导出了萃取速率经验式。 3. 考察了温度、离子强度、酸度、添加剂和不同稀释剂对萃取剂Cyanex 923在Cyanex 923-稀释剂/Na2SO4-H2SO4界面的界面活性的影响，得到了Cyanex 923在不同条件下的界面吸附参数，对萃取剂界面活性与萃取动力学的关系进行了讨论。 4.考察了Cyanex 923-正庚烷/Ce(IV)-H2SO4 萃取体系在液/液界面的吸附参数，重点研究了体系的界面活性物种、萃合物聚集造成的界面现象及其对溶剂萃取过程的影响，详细地研究了Ce(IV)和H2SO4的萃取对萃取体系一些物化性质的影响,观测到了萃取体系中反胶束的存在。 5. 研究了皂化CA-12—添加剂组成的萃取有机相中W/O微乳液的热力学稳定性，考察了皂化率、电解质本性与浓度、pH值、温度对体系最大加溶水量的的影响，并考查了不同添加剂与含水量时微乳液形成的热力学函数及结构参数。

稀土氟化物和钨酸盐纳米/微米材料的合成和发光性质研究

在现代化学和材料科学中，纳米/微米材料的尺寸和形貌控制引起了学术界的广泛关注，如何合理控制材料的定向生长，调节其组成、形貌、尺寸以及维度，进而更好的理解晶体生长的复杂现象、揭示其潜在的基本理论和原理并最终实现按照人们的设计合成功能材料具有十分重要的意义。本论文在稀土氟化物和钨酸盐纳米/微米材料的设计合成、形貌控制、形成机制以及发光性质等方面进行了一些探索性的研究。 发展了一种简单、整体、没有模板、环境友好的水热方法合成系列稀土氟化物。用有机添加剂柠檬酸钠(Na3C6H5O7•2H2O)作为配位剂和形貌控制剂，通过改变氟源(NaF, NH4F或NaBF4)和最初溶液的pH值，得到了具有不同成分、晶体结构、尺寸和形貌的稀土氟化物，包括二元氟化物LnF3 (Ln = La-Lu)和三元氟化物NaREF4 (RE = Y, Yb, Lu)；首次研究了具有各种晶体结构和形貌的含镱(Yb)和镥(Lu)的二元和三元氟化物的可控合成；对各种产物可能的形成机理进行了合理、系统的讨论；并对各种基质中Eu3+, Tb3+掺杂的下转换和Yb3+/Er3+, Yb3+/Ym3+共掺杂的上转换发光性质进行了详细的研究。由于具有优良的荧光性质和可控的形貌和尺寸，这些发光材料可能在光显示、光发射二级管(LEDs)、固体激光器等领域有着潜在的应用价值。这些研究结论不仅丰富了稀土氟化物化学的内容，而且探索了纳米/微米材料的晶体生长规律和形成机理。 采用超声化学途径合成了CaWO4, CaWO4:Eu3+和CaWO4:Tb3+亚微米尺寸的球形荧光粒子，详细讨论了合成材料的结构、形成机理、光致发光、阴极射线发光性质以及能量传递现象，为其它钨酸盐的合成提供了新的思路。

生物小分子体系稀土和钙化学形态研究

随着稀土的广泛开发和利用，稀土日益进入环境，并且相继发现稀土具有多种生物效应。稀土与生物小分子配体多元体系中稀土化学形态的研究正是考察稀土在人体内的分布、代谢和生物效应的关键，对阐明稀土对环境和人体健康的影响及作用机理具有十分重要的意义。本论文进行了如下几方面的研究，并取得了创新性结果。1 稀土与生物小分子三元体系研究 在模拟生理条件下研究了Pr~(3+)、Gd~(3+)、Tb~(3+)、Yb~(3+)四种稀土离子和Ca~(2+)、Zn~(2+)两种生物金属离子分别与以天冬氨酸或柠檬酸为第一配体、分别以水扬酸、精氨酸、丝氨酸、异亮氨酸和苏氨酸为第二配体的三元溶液体系。经计算机程度优化得到体系中所生成的物种类型并计算得到各物种的稳定常数。在所研究的十个体系中，只是在金属离子-天冬氨酸-精氨酸、金属离子—柠檬酸-水杨酸和金属离子-柠檬酸-精氨酸三个体系中生成了两种三元配合物(1111型和1112型或1113型)，其它体系只生成了一种1112型三元配合物。重稀土配合物的稳定常数比轻稀土配合物的大。稀土配合物的稳定性明显强于钙配合物，接近或大于锌配合物的稳定常数，这表明稀土对钙有强竞争配位作用，对锌也有强竞争取代作用。以上稀土与生物小分子三元体系的研究取得了重要新结果。这些结果为考察稀土在体内的代谢、生物效应以及研究稀土对生物金属离子的拮抗、协同效应提供了重要科学依据。同时该研究也是多元体系数学模型法研究的基础。2. 金属离子生物小分子多元体系的数学模型法研究（1）对稀土与钙共存于两种生物配体（柠檬酸和精氨酸、天冬氨酸和精氨酸、柠檬酸和丝氨酸、柠檬酸和异亮氨酸、天冬氨酸和苏氨酸）的五个四元体系，经COMICS程序，利用已有二、三元配合物的稳定常数进行了计算。得到了稀土和钙的各物种随pH值变化的分布图。与三元体系相比，自由金属离子和二元配合物的含量显著增加。这表明稀土和钙之间存在着明显的竞争作用。（2）用数学模型法模拟研究了金属离子与血液中羧肽酶A的活性中心的作用。确定了Zn(II)和Tb(111)与该酶活性中心各残基的结合随pH的变化情况。当血液中稀Tb(III)的浓度较小时（与Zn(II)的浓度相近），Tb(III)对该酶活性中心的Zn(II)几乎没有影响；当Tb(III)达到较高浓度时，则能够与Zn(II)竞争活性中心各残基，从而可能影响该酶的结构和活性。（3）用数学模型法研究了人体血浆中生物小分子体系（二十种配体共存）Tb(III)和Ca(11)的分布情况及Tb(III)的存在对Ca(11)化学形态的影响。结果表明大部分铽与生物小分子配体形成多种形式的配合物，三元配合物占绝对优势。钙与铽明显不同，相当一部分的钙以自由离子形式存在，同时三元配合物也是钙的主要物种形式。模拟研究还表明当铽离子的浓度达到1E-4mol/L时，铽的存在会明显影响钙离子的物种形式及分布。以上多元体系的数学模型法研究所得创新性结果对考察稀土的分布、代谢及其生物效应和阐明稀土对钙的竞争取代作用都具有十分的重要意义。并且也进一步丰富和发展了稀土的生物无机化学。

稀土在铝酸盐中发光性质的研究

分别采用溶胶凝胶方法，固相合成法，燃烧法，均相沉淀法在不同的铝酸盐中研究了稀土离子的发光性质及稀土离子之间的能量传递。并对各种方法合成的稀土铝酸盐的发光性能进行比较。全新方法——均相沉淀法合成的稀土铝酸盐既克服了传统的溶胶凝胶方法中有机碳对还原气氛的影响，又能够在较低温度下，较短的时间内合成铝酸盐，克服铝酸盐合成温度高时间长的弊病。以这种方法在750 ℃，4h即可合成发光性能较好的铝酸盐磷光体。系统的合成铝酸盐MAl_2O_4:Eu~(2+), RE~(3+) （M = Mg, Ca, Sr, Ba; RE = Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu）的发光及长余辉性质，发现Pr, Nd, Dy, Ho, Er均能够有效的延长MAl_2O_4:Eu~(2+)的发光寿命，同时增强MAl_2O_4:Eu~(2+)的发光亮度。其中以Dy, Eu共掺的铝酸盐磷光体的寿命最长。对于碱土金属，虽然同属于鳞石英结构，但其晶体结构存在明显差别：Mgl_2O_4:Eu~(2+)，RE~(3+)隶属于立方晶系，Ca Al_2O_4:Eu~(2+)，RE~(3+)和β－SrAl_2O_4:Eu~(2+)，RE~(3+)隶属于单斜晶系，Ba Al_2O_4:Eu~(2+), RE~(3+)隶属于六角晶系。所以在发光性能及长余辉性能上表现出不同的特性：Mg Al_2O_4:Eu~(2+)，RE~(3+) 和Ba Al_2O_4:Eu~(2+), RE~(3+)的发光分别为480nm, 500nm, 界于Ca Al_2O_4:Eu~(2+), RE~(3+) (436 nm)和 β－SrAl_2O_4:Eu~(2+)，RE~(3+) (520 nm)之间。而 Ca Al_2O_4:Eu~(2+)，RE~(3+)和β－SrAl_2O_4:Eu~(2+)，RE~(3+)由于同属于单斜晶系，所以其发光满足原子序数的变化规律：当某一原子取代较小的其他原子时，发光波长向短波移动。而且Ca Al_2O_4:Eu~(2+)，RE~(3+)和β－SrAl_2O_4:Eu~(2+)，RE~(3+)都具有较强的发光及余辉。发现新型长余辉发光物质碱土铝酸盐MA:Eu~(2+)，RE~(3+)，波长位于489nm，是一种发光和余辉都极强的发光材料。而且碱土铝酸盐MA:Eu~(2+)，RE~(3+)能与β－SrAl_2O_4:Eu~(2+)，RE~(3+)生成非常有效的混晶化合物，从而使其发光在489nm～520 nm的波长范围内移动而不影响化合物的发光性能。研究了SrGdAlO_4:RE~(3+) （RE = Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu）的发光现象，观察到SrGdAlO_4:RE~(3+) （RE = Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er）的特征发光，由于Tm, Yb, Lu 在可见区无吸收，所以观察不到它们的发光。讨论并研究了SrGdAlO_4:RE~(3+) 体系的Gd~(3+) → Gd~(3+)，Gd~(3+) → RE~(3+)的能量传递机理，总结了RE~(3+)对Gd~(3+)的激发能的俘获速率次序依次为： Eu ＞ Tb ＞Er ＞ Dy ＞ Sm ＞ Ho ＞ Nd，能量传递主要是通过偶极－偶极相互作用实现的。观察到SrGdAlO_4:Tb~(3+)长余辉发光。

单组分茂稀土催化剂催化极性单体聚合

本论文分为两部分，第一部分合成一些新型茂稀土催化剂。一共合成出四类22种稀土金属有机配合物。第二部分尝试了茂基稀土配合物对甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯腈（AN）、4-乙烯基吡啶（4-VP）、已内酯（CL）的聚合，研究了其聚合规律，并对其聚合物进行了表征。主要结果如下：1. 合成出四类22种稀土金属有机配合物：第一类：氯化稀土配合物(C_9H_7)_2LnCl(THF)_n (Ln = Y，Yb，Nd，Sm)，Me_2Si(Ind)_2 YCl(THF)_n，Me_2Si(Flu)_2YCl(THF)_n， Me_2Si(Ind)(Flu)YCl(THF)_n。第二类：稀土胺化物(C_9H_7)_2LnN(i-Pr)_2(THF) (Ln = Y，Yb)， Me_2Si(Ind)_2YN(i-Pr)_2，Me_2Si(Flu)_2Y N(i-Pr)_2， Me_2Si(Ind)(Flu)YN(i-Pr)_2。第三类：稀土与铝双金属配合物(C_9H_7)_2Y(μ-Et)_2AlEt_2，Me_2Si(Flu)_2Y(μ-Et)_2AlEt_2， Me_2Si(Ind)(Flu)Y(μ-Et)_2AlEt_2，(C_9H_7)_2Sm(μ-Me)_2AlMe_2， (C_9H_7)_2Sm(μ-Et)_2AlEt_2。第四类：二价钐配合物(C_9H_7)_2Sm(THF)_3，(C_(13)H_9)_2Sm(THF)_2， Me_2Si(Flu)_2Sm(THF)_x，Me_2Si(Ind)(Flu)Sm (THF)_x， (CH_2)_2(fLU)_2Sm(THF)_x。对每类配合物分别进行了核磁、红外及紫外分析。2.茂稀土配合物催化极性单体聚合（1）甲基丙烯酸甲酯（MMA）聚合 首次发现(C_9H_7)_2Y(μ-Et)_2AlEt_2， (C_9H_7)_2LnN(i-Pr)_2(THF) (Ln = Y，Yb)， Me_2Si(Ind)_2YN(i-Pr)_2，Me_2Si(Flu)_2YN(i-Pr)_2， Me_2Si(Ind)(Flu)YN(i-Pr)_2 MMA聚合均表现出极高的催化活性，其中以(C_9H_7)_2Y(μ-Et)_2AlEt_2催化MMA所得的PMMA全同含量（mm）可达94.8%。（2）丙烯腈（AN）聚合：首次发现(C_9H_7)_2Y(μ-Et)_2AlEt_2，(C_9H_7)_2LnN(i-Pr)_2(THF) (Ln=Y，Yb)对AN聚合表现出较高的催化活性，并且发现往此催化体系中加入添加剂PhONa，基催化活性及分子量都明显提高。其聚合物的立构规整性用~(13)C-NMR谱进行了表征，发现聚合物的结构均为无规结构。(3)4-乙烯基吡啶（4-VP）聚合：首次发现(C_9H_7)_2Y(μ-Et)_2AlEt_2，(C_9H_7)_2Sm(THF)_3对4-VP聚合表现出很好的催化活性，并且发现单体浓度及催化剂用量对4-VP聚合有较大的影响。此外，一些桥联配体的二价钐配合物Me_2Si(Flu)_2Sm(THF)_x，Me_2Si(Ind)(Flu)Sm(THF)_x， (CH_2)_2(Flu)_2Sm(THF)_x也能催化4-VP聚合，但其催化活性较低。（4）已内酯（CL）聚合：比较了各类茂稀土催化剂对己内酯开环聚合的催化活性。发现Ind_2Y(μ-Et)_2AlEt_2，Ind_2YN(i-Pr)_2(THF)， Me_2Si(Ind)(Flu)YN(i-Pr)_2(THF)，Me_2Si(Flu)_2YN(i-Pr)_2(THF)， Me_2Si(Ind)_2YN(i-Pr)_2(THF)，Ind_2Sm(THF)_x， Me_2Si(Flu)_2Sm(THF)_x，Me_2Si(Ind)(Flu)Sm(THF)_x， (CH_2)_2(Flu)_2Sm(THF)_x均能有效地催化己内酯开环聚合，二价稀土金属配合物的催化活性要比三价稀土金属配合物高。

稀土三硼酸盐光学性质研究

Ca_4RO(BO_3)_3(R:稀土元素)是近年来发现的一类新型非线性光学材料。实验表明这类化合物也是某些稀土离子良好的发光基质材料。本文主要研究了以下内容；1以PbO, PbF_2及B_2O_3作为助熔剂，以Gd_2O_3, CaCO_3, H_3BO_3按化学计量比配料，用熔盐法生长出了GdCOB小单晶。所生长的单晶中有条纹，包裹，气泡，位错等缺陷。为了防止这些缺陷的产生，应有精密的控温系统，高纯度的原料，同时生长速率不能过快。2 固相反应合成了Ca_4GdO(BO_3)_3: Eu~(3+),Sm~(3+)多晶粉末，对它的激发光谱和荧光光谱进行了测试。结果表明，Ca_4GdO(BO_3)_3是Eu~(3+) 611nm发射的良好基质；Gd~(3+)离子通过Gd~(3+)-Gd~(3+)能量传递，对Eu~(3+)离子的发光有敏化作用，而Sm~(3+)离子由于自猝灭而使Eu~(3+)离子发光减弱。3 固相反应合成了M_4LnO(BO_3)_3: Dy~(3+)(M=Ca, Sr, Ba;Ln=La, Gd, Y, Yb, Lu)多晶粉末。测试了Dy~(3+)的激发光谱和荧光光谱。发现Dy~(3+)的黄／蓝比随着Ca~(2+)→Sr~(2+)→Ba~(2+)而减小，同时，随着La~(3+)→Gd~(3+)→Yb~(3+)→Lu~(3+), Dy~(3+)离子的~4F_(9/2)→~6H_(13/2)跃迁产生的黄光发射强度依次增大，波长也向长波方向移动。4 固相反应合成了Ca_4YO(BO_3)_3:Tb~(3+), Ce~(3+)多晶粉末，该体系是Tb~(3+)离子绿光发射的良好基质。同时，Ce~(3+)离子没有发光现象，且存在Tb~(3+)→Ce~(3+)的能量传递，从而使Tb~(3+)离子的发光减弱，这在一般的体系中是比较少见的。