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...     

新型掺铒离子氧氟碲酸盐玻璃的光谱性质

探求新的具有优良的热学和光学性能的基质玻璃系统，是获得具有宽带宽和增益平坦的掺Er^3＋光纤放大器（EDFA）的一种有效途径。制备了一种新型氧氟碲酸盐玻璃TeO2-BaF2-LaF3，并对其热学性能和光学性质进行了测试。应用乍得-奥菲尔特（Judd-Ofelt）理论计算了Er^3＋离子的J-O理论参量和荧光寿命r。探讨了氟化物的引入对碲酸盐玻璃结构的改变的影响，并分析了其对玻璃的热学性质和光学性质的影响。实验发现，获得的氧氟碲酸盐玻璃具有优良的热学稳定性（△T=156.6C），宽的荧光半峰全宽（72nm），长的荧光寿命（r=4．9ms）以及良好的平坦增益特性。该玻璃系统有望成为新的宽带光纤放大器用基质玻璃材料。     

基于氟碲酸盐光纤的高功率中红外超连续光源(特邀)

高功率全光纤中红外超连续光源在基础科学研究、环境、医疗以及国防安全等领域有着重要应用。目前用于研制上述光源所用的非线性介质为氟化物玻璃光纤。但是氟化物玻璃光纤的损伤阈值低、化学稳性差,这在一定程度上影响了氟化物玻璃光纤在实用化高功率中红外光源研制中的应用。为了进一步提升中红外超连续光源的性能和研制实用化高功率中红外超连续光源,最近制备出了一种具有较好热稳定性和化学稳定性的氟碲酸盐玻璃（TeO2-BaF2-Y2O3,TBY）,并利用其作为基质材料,设计制备出了一系列氟碲酸盐玻璃光纤。利用这些光纤作为非线性介质,研制出了光谱范围覆盖1.4~4 m的高相干超连续光源,光谱范围覆盖0.4~5.14 m的宽带超连续光源和平均功率大于10 W、光谱范围覆盖947~3 934 nm的超连续光源。     

Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃的发光与1.54μm激光性能

介绍了用于1.54μm激光发射的Er3 /Yb3 共掺激光材料的发展,并着重介绍了Er3 /Yb3 共掺磷酸盐玻璃的光谱性质,及其在玻璃激光器、光纤激光器、光纤放大器以及光波导中的应用.最后,对Er3 /Yb3 共掺磷酸盐玻璃材料的发展前景作了展望.     

掺Pr~（3＋）氟化物玻璃光谱和发光特性的研究

制备了几种不同化学成分的掺Ｐｒ３＋氟化物玻璃，测定了玻璃的吸收光谱和荧光光谱。根据Ｊｕｄｄ－Ｏｆｅｌｔ理论模型研究了玻璃成分对Ｐｒ３＋发光性质的影响。结果表明，Ｐｒ３＋在氟锆酸盐玻璃中的发光性能优于氟铝酸盐和氟磷酸盐玻璃中的发光性能，随着ＮａＦ被ＮａＣｌ的取代，发光性能进一步改善。     

光功能微晶玻璃应用与研究进展

对光功能透明微晶玻璃的应用和研究发展进行了回顾，着重阐述掺杂稀土元素的透明微品玻璃在光子学领域包括激光发射、频率上转换和放大器等方而的重要研究进展。透明微晶玻璃有望替代玻璃和单晶，在微芯片激光器、光纤放大器和高功率二极管抽运固态激光器等光学领域成为新一代光学材料。     

中波红外玻璃的研究

中波红外玻璃综合了优良的透红外性能、大尺寸制备特性和低成本等特点,是很多重要军用系统的关键窗口材料之—.中波红外玻璃材料主要包括氟化物玻璃、铝酸钙玻璃、锗酸盐玻璃、镓酸盐玻璃、碲酸盐玻璃和重金属氟氧化物玻璃等.中波红外玻璃材料目前的基本性能表明了其存在的问题.指出了当前中波红外玻璃的国内外研究现状及其发展趋势.     

激光二极管抽运超短长度Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃光纤激光器

Er^3＋／Yb^3＋共掺磷酸盐玻璃光纤具有很高的增益，单位长度增益已有报道可达5dB／cm。以此为介质的光纤放大器和激光器在光子集成、光通信等领域中具有很好的应用前景。目前国外已有用激光二极管（LD）抽运超短长度Er^3＋／Yb^3＋共掺磷酸盐玻璃光纤实现1．54μm激光输出的报道。     

超宽带发光铋掺杂玻璃及光纤的研究进展(特邀)

自诺贝尔奖获得者高锟提出可用玻璃光纤代替传统电缆传输线，利用光波导传输光信号的方法来实现信息传输以来，人们就一直致力于优化现有光纤的性能和探索新的光纤激光介质材料。目前，用于光通信系统的光纤激光器和光放大器的增益光纤多见于稀土离子掺杂玻璃光纤，然而稀土离子固有的f-f跃迁导致较窄的传输带宽已经无法满足日益剧增的网络数据传输需求。铋(Bi)离子是继过渡金属离子、稀土离子后的第三类激活离子,是激光材料领域发展的新方向。目前，Bi掺杂玻璃光纤已经在1 150～1 550 nm和1 600～1 800 nm范围内实现了激光输出和光信号放大。这充分说明了Bi掺杂玻璃光纤有望解决现有数据传输能力不足的问题，成为新一代光纤激光器和放大器的增益材料。因此，文中主要介绍Bi掺杂玻璃和光纤的研究进展，分析Bi掺杂玻璃及光纤材料目前存在的问题，并展望了未来的研究方向。     

红外热成像系统用硫系玻璃的熔制技术

硫系玻璃是一种理想的红外光学透过材料,在红外热成像技术领域具有显著的应用价值。红外热成像技术要求所用硫系玻璃材料具有高透过、高均匀、大尺寸等性能优势和批量化、低成本制备特点,玻璃的熔制技术是有效解决上述需求的关键所在。概括介绍了硫系玻璃的真空密封安瓿瓶熔制、真空/气氛保护坩埚熔制技术和装置,特别提出和说明了一种硫系玻璃熔制新方法气氛保护下的二次熔制方法,详细分析了该方法对硫系玻璃的光谱性能、内在光学质量和光学均匀性的影响,研究发现:随着保护气体纯度提高到99.999%,二次熔制后玻璃的光谱透过性能与真空密封安瓿瓶中接近,玻璃的内在光学质量和光学均匀性均显著改善。     

中国激光玻璃的研究和发展

六十年代初出现了第一台红宝石激光器     

Visible fiber lasers excited by GaN laser diodes

This paper describes and discusses visible fiber lasers that are excited by GaN laser diodes. One of the attractive points of visible light is that the human eye is sensitive to it between 400 and 700 nm, and therefore we can see applications in display technology. Of course, many other applications exist. First, we briefly review previously developed visible lasers in the gas, liquid, and solid-state phases and describe the history of primary solid-state visible laser research by focusing on rare-earth doped fluoride media, including glasses and crystals, to clarify the differences and the merits of primary solid-state visible lasers. We also demonstrate over 1 W operation of a Pr:WPFG fiber laser due to high-power GaN laser diodes and low-loss optical fibers (0.1 dB/m) made by waterproof fluoride glasses. This new optical fiber glass is based on an AlF₃ system fluoride glass, and its waterproof property is much better than the well known fluoride glass of ZBLAN.     

用于激光核聚变的玻璃

介绍并对比了用于高功率激光核聚变的硅酸盐、磷酸盐、氟磷酸盐掺钕玻璃;介绍了玻璃成分与光谱及激光参数的关系,以及非线性折射率和钕离子4F3/2→4I11/2能级对不同玻璃成分中的受激发射截面、荧光寿命的影响;此外还对大型激光玻璃的特殊工艺———磷酸盐激光玻璃的连续熔炼工艺、除水工艺和除铂工艺原理作了讨论。     

Chalcogenide glasses as passive thin film structures for integrated optics

One approach to obtaining electro-optic or magneto-optic modulation in an integrated optic structure is to use a transparent film on an “active” (electro- or magneto-optic) optical substrate. Since the most useful active optical materials have relatively high refractive indices which preclude the use of oxide glasses as the transparent thin film, we have investigated the possibility of using higher index chalcogenide glasses in this configuration. Preliminary waveguiding studies were performed on a model system consisting of an As₂S₃ film on a LiNbO₃ substrate which demonstrated the feasibility of using chalcogenide glasses in this regard. The optical and mechanical properties of a suitable glass system, As-Ge-S, were then characterized. The characterization consisted of developing empirical formulas based on the type of bonding present in the glass which can be used to predict the relevant properties of a glass as a function of its composition. These formulas allow selection of optimum glass compositions to match a variety of electro-optic and magneto-optic substrates.     

Nonlinear refractive index coefficient for Nd phosphate laser glasses

Intensity-dependent changes in the refractive index of three low-index Nd phosphate laser glasses (LHG-5, LHG-6, EV-1) and one Nd fluorophosphate laser glass were measured at 1064 nm using time-resolved interferometry. The nonlinear refractive index coefficients of these phosphate glasses are all smaller than for Nd silicate laser glass (ED-2).     

碱金属碱土金属对Yb3+掺杂硅酸盐激光玻璃的物理和光学特性影响

高功率掺杂光子晶体光纤激光器受到国内外研究者的广泛关注,应用于掺杂光子晶体光纤纤芯的掺杂玻璃制备成为自主拉制掺杂光子晶体光纤,进而实现高功率激光器的国产化基础问题之一。通过高温熔融工艺制备了Yb3+掺杂浓度相同、基质碱金属和碱土金属成分不同的硅酸盐玻璃,计算并分析了碱金属、碱土金属对玻璃样品的物理性质、光谱性质和激光特性的影响。结果表明:Yb3+-SiO2-Li2O-MgO-CaO-BaO-Al2O3多组分硅酸盐玻璃是优质的Yb3+掺杂光子晶体光纤的纤芯材料之一,为后期制备双包层Yb3+掺杂光子晶体光纤激光器的纤芯材料提了供理论和实验依据。     

Fluorescent Organic Glass with Unique Optical and Mechanical Properties

Conventional organic glasses such as molecular and polymeric glasses either lack processability or have ill‐defined properties. Here, a novel organic glass is reported having well‐defined fluorescent properties and high compatibility with various fabrication processes. The fluorescent organic glass (FOG) is synthesized by simply heating benzyl alcohol with a small amount of aqueous sulfuric acid. Owing to its outstanding optical properties, FOG is placed beyond the domain of conventional organic glasses in the Abbe diagram. Moreover, excellent rheological properties render it amenable to molding, blowing, and nanopatterning processes. Finally, based on extensive characterization, it is proposed that a FOG is composed of a 1,2,3,4‐tetraphenyl‐1,3‐butadiene core and poly(phenylene methylene) branches, which are responsible for molecular fluorescence and polymeric processability, respectively. The demonstration may contribute significantly to the development of organic glasses with unprecedented properties for various applications.     

功能玻璃材料研究向何处去

分析了玻璃的发展历史和研究现状,指出其未来发展趋势:低维化、复合化以及集成化.提出了玻璃微结构的形成机制和调控规律以及玻璃微结构对外场的响应机制和功能化原理是实现具有高新功能玻璃材料与器件必须解决的两个关键科学问题.简要介绍了在飞秒激光诱导玻璃功能微结构以及实现超宽带光放大新型玻璃方面的探索性工作.     

光致二阶非线性玻璃材料的研究进展

光致二阶非线性功能玻璃材料是近年来最新出现的一类非线性光学材料，并有可能发展成为新的高密度光存储介质．本文综述了光致二阶非线性功能玻璃材料的研究进展，包括光学玻璃纤维及玻璃体材料的光致二阶非线性效应的实验研究、理论模型及其光存储应用．     

光纤在激光医学治疗上的应用

激光医学治疗用激光器包括紫外、红外、可见光激光器,激光用光纤输出端形式包括点状、柱状、球状等;光纤在医学器械的应用包括光纤照明和激光传输,现今石英光纤、多组份玻璃光纤、聚合物光纤以及红外晶体光纤、氟化物玻璃光纤、红外空芯波导等在医学治疗有许多应用,其中石英光纤已在医学美容、手术治疗和光动力疗法等方面获得广泛应用,多组份玻璃光纤可应用于光炙仪、光热治疗仪、牙科光固化机、牙齿美白仪、光纤内窥镜等医疗仪器中,聚合物光纤POF可应用于光纤黄疸治疗仪、激光血管内外照射治疗中,光纤在今后的激光医学治疗中发挥更加重要的作用.