CN106921109A - 一种白光调制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种白光调制方法，采用波长为基态波长和激发态吸收波长的两束单色近红外激光同时激发单掺Pr³⁺的透明材料，促使单掺Pr³⁺的透明材料产生的红、绿、蓝三基色上转换荧光发射，通过调节两束单色近红外激光的功率，实现白光调制。本发明还公开了实现上述白光调制方法的白光调制系统。本发明通过同时使用两种不同波长的单色近红外激光激发，实现了白光调制，材料制备成本低，发光效率高，在白光光纤激光器的生产与应用上，具有十分重大的意义。

Description

一种白光调制方法及系统

技术领域

本发明涉及光的调制方法，特别涉及一种白光调制方法及系统。

背景技术

无线通信技术支持着与我们日常生活息息相关的许多经济和社会结构，且其需求呈指数式增长态势。传统的通信方法(包括Wi-Fi和蓝牙)由于其拥挤的频谱和有限的带宽而无法满足这种激增的需求。相比之下，白光可用于扩展无线通信窗口，这为不受限制的数据通信的增长提供了一种新的途径。然而，传统的白光源不能提供更高的能量转换效率和输出功率。作为替代照明体，白光激光器克服了传统白光源中存在的缺点，最近已经引起了全世界的广泛关注。然而，通过单色近红外激光激发单一激活离子掺杂的发光材料而使其同时发射出全可见范围内的上转换白光以便研发白光激光器的挑战巨大，亟待我们设计新的白光激光增益介质材料、开发新的泵浦技术。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种白光调制方法，通过同时使用两种不同波长的单色近红外激光激发，实现了白光调制。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种白光调制方法，采用波长为基态波长和激发态吸收波长的两束单色近红外激光同时激发单掺Pr³⁺的透明材料，促使单掺Pr³⁺的透明材料产生的红、绿、蓝三基色上转换荧光发射，通过调节两束单色近红外激光的功率，实现白光调制。

所述单掺Pr³⁺的透明材料为单掺杂Pr³⁺的微晶玻璃，光纤，透明晶体，透明陶瓷，透明薄膜，有机-无机复合透明体中的任意一种。

所述单掺Pr³⁺的透明材料为单掺Pr³⁺的氟氧化物玻璃。

所述单掺Pr³⁺的透明材料中Pr³⁺的掺杂浓度为0.1-1mol％。

所述两束单色近红外激光的波长分别为850和980nm。

所述的白光调制方法的白光调制系统，包括单掺Pr³⁺的透明材料、第一激光器、第二激光器、多个镜片光学元件、光电倍增管；

所述第一激光器的激光波长对应单掺Pr³⁺的透明材料的基态吸收波长；

所述第二激光器的激光波长对应单掺Pr³⁺的透明材料的激发态吸收波长；

所述两个激光器发出的两路单色近红外激光经镜片光学元件聚焦到单掺Pr³⁺的透明材料上；

所述单掺Pr³⁺的透明材料在两束单色近红外激光同时激发下产生上转换荧光，荧光为光电倍增管接收。

所述的白光调制方法的白光调制系统，所述多个镜片光学元件包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、二色镜、第一透镜、第二透镜；

所述第一激光器发出的激光经第一反射镜、第二反射镜、第一二色镜、第一透镜后聚焦在单掺Pr³⁺的透明材料上；

所述第二激光器发出的激光经第三反射镜、二色镜、第一透镜后聚焦在单掺Pr³⁺的透明材料上。

本发明的原理为：Pr³⁺离子具有丰富的可见和近红外发光能级，提供丰富的基态和激发态吸收，通过选择基态和激发态吸收波长不同的两种单色激光同时激发单掺Pr³⁺的透明材料，将产生高效的红、绿、蓝三基色上转换荧光发射，通过调节Pr³⁺的掺杂浓度，即可实现白光调制。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

(1)本发明克服了单一激光激发单掺Pr³⁺的透明材料，难以实现上转换发光或者发光效率很低的缺陷，以单掺Pr³⁺的透明材料为载体，两种不同频率的单色激光同时激发时，上转换荧光发射效率提高，能够得到不同能级跃迁而产生红、绿、蓝三基色光上转换荧光，经调制Pr³⁺的掺杂浓度即可得到可调的白光。

(2)本发明白光调制只需要通过两种不同波长的单色近红外激光同时激发Pr³⁺单独掺杂的透明材料即可实现，Pr³⁺掺杂浓度低，材料制备成本低，双频激发下用于白光调制的红、绿、蓝三基色上转换荧光发光效率高，在白光光纤激光器的生产与应用上，具有十分重大的意义。

附图说明

图1为本发明的实施例的白光调制系统的组成示意图。

图2为980nm和850nm激光作用于Pr³⁺时的微观动力学能级跃迁示意图。

图3为980nm、850nm和980+850nm激光激发Pr³⁺单掺的氟氧化物玻璃所得到的上转换荧光光谱图。

图4是本发明的实施例1中用双波长980+850nm激光同时激发不同Pr³⁺浓度的玻璃得到的上转换荧光光谱图。

图5是本发明的实施例2中用双波长980+850nm激光同时激发不同Pr³⁺浓度的微晶玻璃得到的上转换荧光光谱图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，本实施例的白光调制系统，包括单掺Pr³⁺的透明材料1、第一激光器2、第二激光器3、多个镜片光学元件、光电倍增管10；所述多个镜片光学元件包括第一反射镜4、第二反射镜5、第三反射镜6、第一二色镜7、第一透镜8、第二透镜9；所述第一激光器发出的激光经第一反射镜、第二反射镜、二色镜、第一透镜后聚焦在单掺Pr³⁺的透明材料上；所述第二激光器发出的激光经第三反射镜、二色镜、第一透镜后聚焦在单掺Pr³⁺的透明材料上；所述单掺Pr³⁺的透明材料在两束单色近红外激光同时激发下产生上转换荧光，荧光经第二透镜后为光电倍增管接收。

所述第一激光器的激光波长对应单掺Pr³⁺的透明材料的基态吸收波长；所述第二激光器的激光波长对应单掺Pr³⁺的透明材料的激发态吸收波长。

本实施例以单掺Pr³⁺的氟氧化物玻璃作为两束不同频率的单色近红外激光同时激发进行白光调制的介质，其双频激发上转换能级原理如图2所示，以850nm的激光作为基态吸收激光(对应第一激光器)，980nm的激光作为激发态吸收激光(对应第二激光器)，双频同时激发将产生高效的红、绿、蓝三基色上转换荧光发射，而单一的单色激光850或者980nm激发时不产生上转换荧光发射现象，如图3所示。

本实施例的白光调制过程如下：

预先制备掺杂摩尔浓度为0.1-1％范围内的镨离子的氟氧化物玻璃，经退火、切割、抛光等处理后，用两种单色激光850和980nm激发不同浓度Pr³⁺掺杂的玻璃样品，改变850和980nm激光的功率配比(具体功率配比见表1)，即可实现用于白光调制的红、绿、蓝三基色上转换荧光发射，不同浓度Pr³⁺掺杂的玻璃样品在的850和980nm激光的同时激发下的荧光光谱如图4所示。

表1 本实施例的850和980nm激光的功率配比

		0.01	850nm(3.69)+980nm(6.49)
0.05	850nm(2.10)+980nm(3.06)
		0.1	850nm(3.69)+980nm(3.96)
0.5	850nm(1.44)+980nm(2.16)
		1	850nm(5.91)+980nm(3.36)

实施例2

本实施例的白光调制系统与实施例1同。

本实施例以单掺Pr³⁺的氟氧化物微晶玻璃作为两束单色近红外激光同时激发进行白光调制的介质，以850nm的激光作为基态吸收激光(对应第一激光器)，980nm的激光作为激发态吸收激光(对应第二激光器)，双频同时激发将产生高效的红、绿、蓝三基色上转换荧光发射。

本实施例的白光调制过程如下：

预先制备掺杂摩尔浓度为0.1-1％范围内的镨离子的氟氧化物玻璃，经退火、切割、热处理晶化、抛光等处理后，获得实验所需的微晶玻璃样品，用单色激光850和980nm激发不同浓度Pr³⁺掺杂的微晶玻璃样品，改变850和980nm激光的功率配比(具体功率配比见表1)，即可实现用于白光调制的红、绿、蓝三基色上转换荧光发射，不同浓度Pr³⁺掺杂的微晶玻璃样品在850和980nm激光的同时激发下的荧光光谱如图5所示。

本发明的单掺Pr³⁺的透明材料还可为其他单掺杂Pr³⁺的玻璃，光纤，透明晶体，透明陶瓷，透明薄膜，有机-无机复合透明体中的任意一种。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种白光调制方法，其特征在于，采用波长为基态波长和激发态吸收波长的两束单色近红外激光同时激发单掺Pr³⁺的透明材料，促使单掺Pr³⁺的透明材料产生的红、绿、蓝三基色上转换荧光发射，通过调节两束单色近红外激光的功率，实现白光调制。

2.根据权利要求1所述的白光调制方法，其特征在于，所述单掺Pr³⁺的透明材料为单掺杂Pr³⁺的微晶玻璃，光纤，透明晶体，透明陶瓷，透明薄膜，有机-无机复合透明体中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的白光调制方法，其特征在于，所述单掺Pr³⁺的透明材料为单掺Pr³⁺的氟氧化物玻璃。

4.根据权利要求1或3所述的白光调制方法，其特征在于，所述单掺Pr³⁺的透明材料中Pr³⁺的掺杂浓度为0.1-1mol％。

5.根据权利要求3所述的白光调制方法，其特征在于，所述两束单色近红外激光的波长分别为850和980nm。

6.实现权利要求1所述的白光调制方法的白光调制系统，其特征在于，包括单掺Pr³⁺的透明材料、第一激光器、第二激光器、多个镜片光学元件、光电倍增管；

所述第一激光器的激光波长对应单掺Pr³⁺的透明材料的基态吸收波长；

所述第二激光器的激光波长对应单掺Pr³⁺的透明材料的激发态吸收波长；

所述两个激光器发出的两路单色近红外激光经镜片光学元件聚焦到单掺Pr³⁺的透明材料上；

所述单掺Pr³⁺的透明材料在两束单色近红外激光同时激发下产生上转换荧光，荧光为光电倍增管接收。

7.根据权利要求6所述的白光调制方法的白光调制系统，其特征在于，所述多个镜片光学元件包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、二色镜、第一透镜、第二透镜；

所述第一激光器发出的激光经第一反射镜、第二反射镜、第一二色镜、第一透镜后聚焦在单掺Pr³⁺的透明材料上；

所述第二激光器发出的激光经第三反射镜、二色镜、第一透镜后聚焦在单掺Pr³⁺的透明材料上。