激光冷却掺杂稀土晶体材料

本书基于反斯托克斯荧光冷却原理，详尽阐述了掺镱离子的钇铝石榴石晶体和氟化镥锂晶体在激光冷却过程中的实验问题。深入探讨了固体材料激光冷却的四能级模型理论，并对冷却效率和环境热负载进行了细致的分析；详细介绍了冷却参数的测量和计算过程，以确保实验数据的准确性和可靠性；对不同掺杂浓度的钇铝石榴石晶体在激光冷却方面的表现进行了深入研究，尤其关注了镱离子掺杂浓度对钇铝石榴石晶体激光冷却性能的影响；最后对掺镱离子的氟化镥锂晶体的激光冷却实验进行了全面研究，介绍了非共振腔增强吸收的方案，并研究了热负载管理的有效方案。 本书适合光学、机械等领域的科研人员、工程技术人员以及高等院校相关专业的师生阅读参考。

雷永清，山西工程科技职业大学，讲师。毕业于华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室，并在固体材料激光领取领域进行了一系列深入的研究，具有扎实的工作基础，参与导师申请的多项国家自然科学基金项目，其中在一项国家军委科技委项目中排名一位。近几年，以一作身份发表SCI二区文章3篇。其中激光冷却7.5%Yb3+:LuLiF4晶体至121K，达到了NIST定义的低温范围(123K)，为我国具有自主核心技术专利的光学制冷器打下基础。教学工作中，目前就职于山西工程科技职业大学，主要担任本选题涉及领域的课程讲师，积累了丰富的教学经验。注重培养学生的思维能力和实践能力，通过深入浅出的方式，帮助学生更好的理解和掌握本领域的知识和技能。

第1章 绪论001 1.1　概述002 1.2　固体材料激光冷却的基本原理和条件003 1.3　固体材料中掺杂稀土离子的电子壳层特性004 1.4　激光冷却材料及其特性007 1.4.1　晶体008 1.4.2　半导体010 1.4.3　光纤012 1.4.4　纳米晶粉末013 1.5　固体材料激光冷却技术的应用方向014 1.5.1　全固态光学制冷器014 1.5.2　辐射平衡激光器018 1.5.3　生物医学方面的应用021 1.6　本书的主要内容025 第2章 固体材料激光冷却的理论027 2.1　概述028 2.2　激光冷却的四能级模型028 2.3　经典的冷却效率031 2.4　修正后的冷却效率036 2.5　热负载分析038 2.6　本章小结039 第3章 冷却效率参数的测量实验041 3.1　概述042 3.2　荧光探测系统量子效率校准042 3.3　荧光谱046 3.4　吸收谱050 3.4.1　导易定理和McCumber 关系050 3.4.2　最佳制冷波长的吸收系数随温度的变化规律053 3.5　激光诱导热调变光谱测试(LITMoS) 056 3.5.1　硬件与软件056 3.5.2　红外热像仪校准059 3.5.3　激光诱导热调变光谱测试结果063 3.6　温度测量方法065 3.6.1　红外热像仪测温065 3.6.2　光纤布拉格光栅(FBG) 测温066 3.6.3　热电偶测温066 3.6.4　光热偏转光谱（PTDS） 测温066 3.6.5　干涉法测温067 3.6.6　光致发光(PL) 测温067 3.7　本章小结070 第4章 掺镱钇铝石榴石晶体激光冷却的理论与实验071 4.1　概述072 4.2　掺镱钇铝石榴石晶体性质072 4.3　光学冷却参数测量结果及其分析074 4.3.1　外部量子效率081 4.3.2　背景吸收系数084 4.3.3　平均荧光波长085 4.3.4　共振吸收系数087 4.3.5　冷却窗口088 4.4　激光冷却结果及其分析089 4.5　掺镱钇铝石榴石和氟化钇锂晶体激光冷却性能对比分析093 4.6　本章小结100 第5章 掺镱氟化钇锂晶体与掺镱氟化镥锂晶体的激光冷却的实验101 5.1　概述102 5.2　掺镱氟化钇锂晶体与氟化镥锂晶体性质对比102 5.3　荧光管理104 5.4　非共振腔增强吸收106 5.4.1　光束位置分析107 5.4.2　光学仿真模拟110 5.5　热负载管理111 5.6　掺镱氟化镥锂晶体激光冷却突破低温学温度115 5.7　本章小结122 附录123 附录A　Precilasers 可调谐光纤激光器性能参数124 附录B　两款海洋光学光谱仪性能参数比较125 参考文献126