Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃的中红外发光及能量传递机理

用高温熔融法制备了Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃(TeO2-ZnO-Na2O),根据测量得到的吸收光谱,应用Judd-Ofelt理论计算分析了玻璃样品中Ho3+离子的强度参数Ωt(t=2,4,6)、自发辐射跃迁几率A、荧光分支比β和荧光辐射寿命τrad等各项光谱参数。同时,测量得到了不同Ho3+离子掺杂浓度下玻璃样品的荧光发射谱。结果显示,在808nm抽运光激励下Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃样品发射出较强的2.0μm中红外荧光。分析表明,较强的Ho3+离子中红外荧光来自于Tm3+/Tm3+离子间共振的能量传递过程,以及Tm3+/Ho3+离子间基于零声子和单声子辅助非共振的两部分能量传递过程。由此进一步计算得到了Tm3+/Tm3+、Tm3+/Ho3+离子间的能量传递微观速率、临界半径和声子的贡献。最后,计算分析了Ho3+…5I7→5I8能级间跃迁的2.0μm波段吸收截面、受激发射截面和增益系数。研究表明,Tm3+/Ho3+共掺TeO2-ZnO-Na2O玻璃可以作为2.0μm波段中红外固体激光器的潜在增益基质。     

Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂芯-包异质型磷酸盐玻璃光纤

通过高温熔融法制备了Er3+/Yb3+共掺磷酸盐纤芯玻璃,设计并熔制了组分相异的纤包玻璃,采用棒管法拉制Er3+/Yb3+共掺芯-包异质型磷酸盐玻璃光纤,并对光纤开展增益测试。在980 nm波长的激光激发下,当激发功率为457.1 mW时,在1535.7 nm波长处获得32.3 dB的相对增益和15.0 dB的内增益,光纤的内增益系数达2.6 dB/cm。     

Bi_2O_3对Tm~(3+)/Ho~(3+)/Yb~(3+)共掺碲酸盐玻璃三基色上转换发光的影响

用高温熔融法制备了Tm3+/Ho3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃样品,在TeO2-ZnO-La2O3玻璃组分的基础上,引入声子能量较低的重金属氧化物Bi2O3,研究了Bi2O3组分对基质样品拉曼光谱和Tm3+/Ho3+/Yb3+共掺样品上转换发光光谱的影响。结果发现,在975 nm波长激光二极管(LD)激励下,制备的碲酸盐玻璃样品中可以观察到强烈的红光(662 nm)、绿光(546 nm)和蓝光(480 nm)三基色上转换发光。随着重金属氧化物Bi2O3组分含量的增加,玻璃基质的最大声子能量降低,Tm3+/Ho3+/Yb3+共掺样品的三基色上转换发光强度均有所提高,且Bi2O3组分的引入对上转换蓝光发光强度的影响要大于其对绿光和红光的影响。     

Ho3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃的上转换发光及能量传递机理

用高温熔融法制备了Ho3+单掺和Ho3+/Yb3+共掺、组分为TeO2-ZnO-Na2O的碲酸盐玻璃,应用Judd-Ofelt(JO)理论计算分析了玻璃的强度参数Ωt(t=2,4,6)、自发辐射跃迁几率A、荧光分支比β和荧光辐射寿命τrad等各项光谱参数。通过测量上转换光谱,着重研究了Yb3+掺杂对于Ho3+上转换发光性能的影响,分析了Yb3+/Yb3+以及Yb3+/Ho3+间的能量传递过程。结果显示,975nm泵浦下Ho3+的上转换发光主要来自于Yb3+/Yb3+间的共振能量传递以及基于单声子和双声子辅助的Yb3+/Ho3+间的能量传递过程,并计算得到了声子贡献比和能量传递微观参数。同时,计算分析了Ho3+:5 I7→5 I8能级跃迁的吸收截面、受激发射截面和增益系数。研究表明,Yb3+/Ho3+共掺TeO2-ZnO-Na2O玻璃可以作为上转换激光器和2.0μm波段固体激光器的潜在增益基质。     

双包层Er3+/Yb3+共掺光纤激光器的实验研究

通过采用长度为2m、入纤功率为1W的双包层Er3+/Yb3+共掺光纤作为增益介质所进行的双包层Er3+/Yb3+共掺光纤激光器的实验,得到了波长为1563.596nm、功率为242mW的激光输出     

Ho3+/Yb3+共掺的SiO2-Al2O3-BaO-BaF2微晶玻璃上转换发光研究

制备了Ho3+/Yb3+共掺的氧氟硅酸盐玻璃, 根据玻璃样品的差热分析进行微晶化处理, 测试了Ho3+/Yb3+共掺微晶玻璃的X射线衍射(XRD)图谱、吸收光谱和上转换发光光谱。结果发现, 在980 nm LD激发下, Ho3+/Yb3+共掺的含BaF2纳米晶的氧氟硅酸盐微晶玻璃可以同时观察到绿光(544 nm)和红光(656, 748 nm)上转换发光, 分别对应于Ho3+ 离子的5F4/5S2→5I8, 5F5→5I8和5F4/5S2→5I7能级跃迁, 与未热处理的玻璃样品相比, 微晶玻璃样品的绿光发光强度增强约347倍。研究结果表明含BaF2纳米晶的氧氟硅酸盐微晶玻璃是一种潜在的上转换基质材料。     

Tm3+/ Ho3+离子掺杂中红外超快激光技术研究进展（特邀）

稀土离子Tm3+/ Ho3+ 掺杂中红外2 μm波段超快激光由于广泛的应用前景成为近十余年来激光领域的研究热点之一。文中首先综述了稀土离子Tm3+/Ho3+掺杂固体/光纤2 μm波段超快激光锁模技术进展,包括主动锁模技术以及饱和吸收、克尔透镜、非线性偏振旋转、非线性光环形镜、非线性多模干涉等被动锁模技术;其次,结合激光增益介质及色散管理技术回顾了Tm3+/ Ho3+掺杂固体和光纤锁模激光脉冲宽度压缩进展;再次,总结了Tm3+/ Ho3+大能量/高功率超快激光技术及进展;最后,对2 μm波段超快激光发展趋势进行了总结和展望。     

基于水解工艺掺Yb3+大模场微结构光纤的制备与光学性能

采用四氯化硅水解掺杂结合高频等离子体粉末熔 融法制备了掺Yb³⁺石英玻璃,以此玻璃作为光纤 纤芯,通过堆积-拉丝法拉制了掺Yb³⁺大模场微结构光纤。光纤的纤芯直径达到了130μm,并且研究了光 纤的吸收光谱、发射光谱、损耗特性和激光特性。以此光纤为增益介质,当泵浦波长为970nm时,实现了 波长为1033nm的连续激光输出,激光输出的最 大功率为 3.6W以及激光斜率效率为42.1%。测试结果表 明,利用水解工艺制备的掺Yb³⁺大模场微结构光纤有望应用于高功率光纤激光器的研 制。     

中红外氟铟基玻璃及光纤激光器最新研究进展(特邀)

3～5μm波段包含了大气的传输窗口和许多气体分子的吸收带，因而3～5μm中红外光纤激光器在大气遥感、生物医学、材料加工等领域具有广阔的应用前景。近年来，中红外光纤激光器的输出波长不断向长波长扩展，而实现中红外光纤激光输出的关键在于增益光纤材料的选择。氟铟基玻璃具有较宽的中红外透过窗口和较低的声子能量，因而氟铟基玻璃可以作为增益光纤材料应用于中红外光纤激光器领域。文中综述了从20世纪80年代至今，稀土离子掺杂氟铟基玻璃及氟铟基光纤激光器的代表性研究成果，回顾了氟铟基玻璃组分和玻璃结构的研究历程，介绍了氟铟基光纤的制备工艺，简述了稀土离子掺杂氟铟基玻璃和稀土离子掺杂氟铟基光纤激光器的最新研究进展。2018年，加拿大拉瓦尔大学的Maes等人利用Ho³⁺掺杂氟铟基光纤作为增益介质，在中红外光纤激光器研究领域取得突破性进展，在室温下获得了输出功率接近200 mW的3.92μm光纤激光输出。最近，利用1 150 nm激光作为泵浦源以及自研的Ho³⁺/Pr³⁺共掺杂氟铟基光纤作为增益介质，实现了～2.9μm波段中红外光纤激光输出，其最...     

Er3+/Ce3+共掺铋锗酸盐玻璃及其光纤的制备和光谱性质

用高温熔融法制备了Er3+/Ce3+共掺铋锗酸盐(Bi2O3-GeO2-Ga2O3-Na2O)玻璃,研究分析了该玻璃中Er3+离子1.5μm波段荧光和上转换发光,Ce3+离子共掺引入的Er3+:4I11/2→Ce3+:2F5/2间能量传递能有效地抑制上转换发光并增强1.5μm波段荧光发射.同时,利用该组分玻璃拉制了包层直径为125 μm的铋锗酸盐玻璃掺Er3+光纤,1310 nm波长处光纤传输损耗为3.4 dB/m.通过对975 nm波长激励下光纤的放大自发辐射(ASE)测试表明,铋锗酸盐玻璃掺Er3+光纤可在1450～1650 nm波长范围获得宽带ASE光谱,因此是一种适用于宽带光纤放大器的增益介质.     

Ho3+/Yb3+共掺的氧氟硅酸盐微晶玻璃上转换发光

制备了Ho3+/Yb3+共掺的氧氟硅酸盐玻璃,根据玻璃样品的差热分析(DTA)进行微晶化处理,测试了Ho3+/Yb3+共掺微晶玻璃的X射线衍射(XRD)图谱、透射电镜(TEM)谱、吸收光谱和上转换发光光谱.根据Scherrer公式计算了CaF2微晶的平均晶粒尺寸,并与TEM谱进行比对;利用晶体生长动力学理论研究了纳米CaF2晶粒的生长特性,获得纳米CaF2晶体生长动力学方程;研究了.微晶玻璃中Ho3+离子的上转换发光特性;分析了微晶玻璃上转换发光机制.研究结果表明氧氟硅酸盐微晶玻璃是一种良好的上转换基质材料.     

基于闪耀光栅的可调谐Er3+/Yb3+共掺光纤激光器

报道了一种结构简单、调谐方便的宽带可调谐Er3+/Yb3+共掺光纤激光器.采用半导体激光二极管(LD)作为抽运源,以大模面积Er+/Yb3+共掺双包层光纤为增益介质,利用闪耀光栅作为波长选择器件,实现了1550 nm波段稳定的可调谐激光输出,调谐范围达36 nm,几乎覆盖了整个荧光谱宽度.整个调谐范围内,输出激光线宽小于0.08 nm.输出功率随波长的变化而变化,在25 nm调谐范围内激光功率不低于400 mw.波长为1543.86 nm时获得最大输出功率510 mW,斜率效率为26%.这种光纤激光器具有效率高、线宽窄、调谐范围大、输出稳定等优点,可用于密集波分复用(DWDM)光纤通信系统和高精度光纤传感系统.     

2μm光纤激光器的研究进展

近年来,2μm光纤激光器由于自身优点和重要应用价值受到人们的极大关注。综述了单掺Tm3 、单掺Ho3 和Tm3 :Ho3 共掺2μm光纤激光器的发展状况,分析提出1565nm抽运Tm3 :Ho3 共掺光纤激光器系统是产生2μm激光的较佳选择。     

Ho3+掺杂Al2O3粉体、薄膜的结构及其发光性能

采用高能球磨法及脉冲激光沉积法(PLD)分别制备了不同浓度的Ho3+∶Al2O3纳米粉体及薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、分光光度计、荧光光谱仪等分析手段研究了Ho3+离子掺杂对Al2O3结构及发光性能的影响。XRD图谱显示粉体样品为六方α-Al2O3结构,薄膜样品为体立方γ-Al2O3结构。1wt%Ho3+掺杂的Al2O3纳米粉体在454nm、540nm附近出现由Ho3+离子能级跃迁引起的吸收峰。采用579nm的激发光源对样品进行荧光光谱检测,发现两种样品在466～492nm波段均出现F+心所引起的缺陷发光峰,且发光峰的强度随Ho3+浓度的增加而增强。     

双包层Er3+/Yb3+共掺光纤激光器稳态特性的分析

对980nm泵浦光泵浦双包层Er3+/Yb3+共掺光纤激光器进行了数值模拟,分析了泵浦光与激光在双包层Er3+/Yb3+ 共掺光纤中的分布情况、输出功率与泵浦功率的关系、光纤长度与腔镜反射率对输出激光功率的影响,计算的最大斜效率为56.3%,接近于理论计算值的极限。     

Tm3+掺杂硫卤玻璃光纤的中红外增益特性研究

采用高温熔融淬冷法制备了1% Tm³⁺掺杂的 72GeS₂-18Ga₂S₃-10CsI(GGSI)硫卤 玻璃,测试了样品的折射率、吸收 光谱和800nm激光泵浦下的中红外荧光光谱,利用Judd-Ofelt和Fut chbauer-Ladenburg(FL)理论分析计算了Tm³⁺在GGSI玻 璃中的自发辐射几率、荧光分支比、辐射寿命、吸收截面、发射截面等光谱参数,进而建立 了Tm³⁺的四能级粒子 数速率-光功率传输方程模型,模拟计算Tm³⁺掺杂GGSI玻璃光纤中红外3. 73μm波段的增益与掺杂光纤长度、泵浦功 率和信号功率的关系。模拟结果显示,硫卤玻璃基掺铥光纤具有较高的信号增益和较宽的中 红外增益谱,泵浦功率为1000mW 时,最大小信号增益值达到30dB,20dB增益带宽达到180nm,同时也存在合适的泵浦功率 和光纤掺杂长度以期获得最佳信号增益。表明Tm³⁺掺GGSI硫卤玻璃光纤可作为中红外 3.73μm波段放大的理想增益介质。     

硫系玻璃基掺铒微结构光纤4.5μm波段中红外信号放大特性

为进一步揭示硫系玻璃基掺Er3+微结构光纤作为中红外光纤放大器增益介质的可行性,数值求解了800 nm泵浦波长下Ga5Ge20Sb10S65硫系玻璃基掺Er3+微结构光纤中Er3+离子数速率方程和光功率传输方程组,理论研究了4.5μm波段中红外信号的放大特性。结果显示,Ga5Ge20Sb10S65硫系玻璃基掺Er3+微结构光纤具有较高的信号增益和很宽的增益谱。在50 cm光纤长度上,最大信号增益超过了40 dB,高于30 dB信号增益的放大带宽达到了280 nm(4 420~4 700 nm)。同时,进一步研究分析了4 500 nm波长信号增益与光纤长度、信号输入功率和泵浦功率的关系。研究表明,Ga5Ge20Sb10S65硫系玻璃基掺Er3+微结构光纤是一种理想的可应用于4.5μm波段中红外宽带放大器的增益介质。     

基于钬掺杂ZBYA玻璃光纤的中红外激光研究

与传统的ZBLAN（ZrF₄-BaF₂-LaF₃-AlF₃-NaF）玻璃相比,ZBYA（ZrF₄-BaF₂-YF₃-AlF₃）玻璃有着更加良好的热稳定性和化学稳定性。制备出ZBYA玻璃光纤,采用1150 nm拉曼光纤激光器作为泵浦源,使用Ho³⁺掺杂的ZBYA光纤作为增益介质实现了～2.9μm波长的激光输出,最大输出功率达到了137 mW,斜率效率为8.9%。研究结果表明ZBYA玻璃光纤是一种潜在的用于实现中红外波段激光的增益材料。     

日本开发出半导体泵浦白色光纤激光源

日本住田光学玻璃公司开发了一种半导体泵浦白色光纤激光源。该光源采用440nm蓝色半导体激光器泵浦掺镨氟化铝玻璃光纤，产生522nm和635nm激光输出，与蓝色泵浦光一起合成白色光源。由于使用了半导体激光器，所以与原来利用YAG激光器等固体激光器以及He-Cd激光器等气体激光器产生的三基色光源的办法相比，具有转换效率高、耗电少、设备体积小及成本低等优点。     

Al3+对掺Er3+溶胶-凝胶玻璃发光性质的影响

为了制备高性能的掺Er硅基玻璃,通过溶胶-凝胶方法制备了掺Er3+和Al3+的硅基玻璃,研究了Al3+对Er3+发光性能的影响。结果表明,掺Al3+后使样品中Er3+离子的最大掺杂浓度提高1倍,发光强度也明显增强,是不掺Al3+的Er-硅基玻璃中Er3+离子发光强度的20多倍。通过分析发现,Al3+和Er3+之间并不是简单的能量传递关系,而是在改变原基质结构的同时,有效分散了样品中的Er3+离子,降低了Er3+离子之间的交叉弛豫几率;在980nm波长激发下,Er3+离子只有654nm一个波长的上转换荧光。