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。     

2 μm波段Tm:YAP晶体半导体可饱和吸收镜连续波锁模激光器

使用半导体可饱和吸收镜,实现了光纤耦合半导体激光抽运Tm:YAP晶体的全固态连续波锁模激光运转。根据ABCD矩阵理论设计激光器参数,通过控制谐振腔的像散和模式分布,获得了稳定的皮秒锁模激光输出。当最大抽运功率为7.96 W时,获得锁模激光的最大平均输出功率为0.73 W,相应的斜效率为15.6%。此时锁模脉冲宽度约为1.7 ps,对应的重复频率为88.7 MHz,中心谱线为1 982.4 nm。结果表明:Tm:YAP晶体是一种具有较好的热学、机械性能的2 m波段超快激光晶体。     

2μm光纤激光器的研究进展

近年来,2μm波段的光纤激光器由于在测高、测距、大气遥感等方面具有重要的应用前景而引起了广泛关注.光纤激光器以其耦合效率高、散热好、转换效率高、阈值低、光束质量好和窄线宽等优点在激光领域中占据了重要的地位.介绍了实现2 μm激光输出的3个基本条件,并分别介绍了单掺Tm3+与Tm3+,Ho3+共掺2μm光纤态激光器的发展状况,指出掺Tm3+光纤激光器2 μm连续激光输出能量应该还有很大的提升空间,在脉冲输出方面,Tm3+、Ho3+共掺激光器是一个今后研究的热点.     

3 μm光纤激光器的研究进展

3 μm波段的激光在激光医疗等领域发挥着重要的作用,同时鉴于光纤激光器的突出优点,使研究3 μm波段的光纤激光器具有极高的应用价值。本文从不同的掺杂稀土离子角度对3 μm波段光纤激光器的工作原理和研究状况进行了简要概述,介绍了几种不同离子掺杂的ZBLAN光纤激光器。最后分析了当前3 μm波段光纤激光器发展所面临的问题和今后的研究方向。     

中红外锁模氟化物光纤激光器研究进展

中红外超短脉冲激光是国际研究热点,它在激光微创治疗、聚合物精细加工、高次谐波产生、强场激光物理、超快分子成像等领域具有重要的应用前景,而锁模是产生超短脉冲的重要技术手段。本文围绕氟化物光纤激光器,从稀土离子中红外激光激射过程出发,对该波段目前常用的三种锁模方式(包括材料可饱和吸收、非线性偏振旋转、频移反馈)的工作机理、发展现状以及存在问题进行了介绍、分析与总结,并对中红外锁模光纤激光器的发展趋势进行了展望。     

1.7 μm超快光纤激光器研究进展（特邀）

超快光纤激光器具有紧凑性高、光束质量佳、散热性好等优点,是一种极具发展潜力的激光光源。工作波长作为超快光纤激光器的重要参数,在一定程度上决定了激光器的应用领域。近年来,得益于1.7 μm波段的独特光谱特性,1.7 μm波段超快光纤激光器在生物医学、聚合物加工、光学成像等领域具有重要的应用价值。因此,研制高性能的1.7 μm波段超快光纤激光器成为激光领域的研究热点之一。文中综述了近期1.7 μm波段超快光纤激光器的研究进展,对目前获得1.7 μm波段超短脉冲的不同方式进行总结,分析其技术特点;同时,介绍了笔者所在课题组报道的1.7 μm波段耗散孤子超快光纤激光器及其放大系统的研究成果,概述了其工作原理、技术难点;最后,对1.7 μm波段超快光纤激光的应用前景及发展趋势进行了展望。     

1.7 μm全光纤锁模脉冲掺铥光纤激光器研究

1.7 μm超短脉冲光纤激光器在生物成像和材料加工等领域具有重要的应用前景,受到了科学家们的极大关注。基于非线性偏振旋转锁模技术,实验搭建了全光纤结构的1.7 μm锁模脉冲掺铥光纤激光器。通过在激光器内加入光纤滤波器抑制掺铥光纤中的长波激光发射,同时采用纤芯泵浦的方式有效获得了1.7 μm波段的增益。激光器输出脉冲的光谱中心波长为1733 nm,3 dB带宽为6.3 nm。锁模脉冲的重复频率为19.56 MHz,平均功率为1.4 mW。同时,数值模拟了脉冲在激光器的腔内演化。文中提出的1.7 μm全光纤锁模激光器有利于进一步提高1.7 μm激光源的稳定性和集成度,在生物成像等领域具有重要的应用价值。     

2μm波段固体激光材料的发展

本文综述了以Ho~(3-)、Tm(3+)为激活离子的2μm波段固体激光材料的发展,介绍了Cr,Tm,Ho:YAG,Cr,Ho:YAG和Tm:YAG等主要材料的激光特性和晶体生长方法,讨论了敏化作用和稀土离子宽带调谐激光原理。     

Er3+离子对Er3+/Tm3+共掺碲酸盐玻璃1.85μm波段光谱特性的影响

采用高温熔融淬火技术制备了1.0 mol% Tm3＋离子和x mol% Er3＋离子(x=0,0.5和1.5 mol%)掺杂 的系列碲酸盐玻璃,通过测量玻璃样品的差热扫描曲线(DSC)、X射线衍射(XRD)图和荧光光 谱,对不同 Er3＋浓度下的玻璃物理性能和Tm3＋离子荧光特性进行了研究。DSC结果显 示,研制的稀土掺杂碲酸盐玻璃 具有优异的热稳定性能,玻璃样品的析晶温度与转变温度之差大于130 ℃,而XRD图则证实了研制的玻璃 样品具有非晶结构特征。在808 nm泵浦激励下,随着Er3＋离 子的引入,Tm3＋离子³F₄→³H₆能级间跃迁产生 的1.85 μm波段荧光显著增强。当Er3＋离子掺杂浓度为1.0 mol%时,荧光强度提高了约76%,荧光强度的 显著增强归因于Er3＋离子和Tm3＋离子之间的能量传递。然而,随着Er 3＋离子掺杂浓度的继续增加,1.85 μm 波段荧光呈现出衰减现象,这归结于Er3＋离子浓度的淬灭效应。研究表明,具有合 适浓度Er3＋/Tm3＋共掺碲 酸盐玻璃是一种应用于1.85 μm波段固体激光器和光纤放大器的理想 基质材料。     

激光二极管直接抽运中红外固体激光材料综述

利用激光二极管(LD)直接抽运稀土离子或过渡金属离子的方式产生中红外激光可以大幅度降低系统的复杂程度,提高效率。而找到合适的基质材料和离子能级结构是实现LD直接抽运产生中红外激光的关键。总结了相关研究进展和发展方向,主要包括高功率、高效率、激光二极管直接抽运的过渡金属离子掺杂II-VI族材料激光器和稀土离子掺杂晶体、玻璃、光纤、陶瓷等材料的固态激光器,这些激光器的输出涵盖了2~5μm波段,具有结构简单、成本低等优点。其中过渡金属离子掺杂II-VI族化合物,如Cr:Zn Se/Zn S,具有吸收和发射截面大、室温量子效率高、激发态吸收小等优点;而稀土离子掺杂材料,如Er3+/Tm3+/Ho3+:玻璃,具有能级丰富,可多波长抽运获得多波长发光等优点。通过对稀土离子在不同基质材料中晶格场结构能级调控有望实现波长可控的中红外激光输出。     

Ho3+/Pr3+共掺氟化铝基玻璃光纤2.86 μm激光性能研究 （特邀）

文中使用熔融淬火法制备了氟化铝基、氟化铟基和氟化锆基玻璃样品，通过浸水实验研究了其抗潮解稳定性，结果表明氟化铝基玻璃具有更好的抗潮解性能。因此制备了不同浓度的Ho3+/Pr3+共掺氟化铝基玻璃样品，测试了其透过光谱，表明该玻璃具有高的透过率和宽的透过窗口。在1 150 nm拉曼激光的激发下，获得了样品的发射光谱，并对其发光机理进行了分析。利用吸注法制备了2 Ho3+/0.2 Pr3+掺杂的氟化铝基玻璃预制棒，使用棒管法拉制了氟化铝基玻璃光纤。使用回切法测得光纤在793 nm处的损耗为1.8 dB/m。在1 150 nm激光泵浦下，利用8.6 cm长的Ho3+/Pr3+共掺氟化铝基玻璃光纤作为增益介质，获得了功率为207 mW的2.865 μm激光输出，斜率效率为11.4%。上述研究结果表明，氟化铝基玻璃光纤是一种稳定的中红外激光增益材料。     

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。     

Yb~(3 )-Ho~(3 )双掺杂ZBLAN玻璃中Ho~(3 )的上转换发光

室温下用ＬＤ（０．９７μｍ）作为激发源，测出不同双掺浓度（Ｙｂ３＋－Ｈｏ３＋）玻璃Ｙｂ３＋敏化Ｈｏ３＋离子的可见上转换发光光谱，给出了单掺和双掺玻璃中的Ｙｂ３＋荧光寿命。双掺玻璃中Ｙｂ３＋荧光寿命明显降低，Ｙｂ３＋对Ｈｏ３＋离子的敏化上转换发光是非常有效的，并讨论了敏化机理。     

Er3+-Yb3+ and Er3+ doped fiberlasers

Single-mode fiber lasers operating at ~1.57 μm are described. Output powers of >2 mW are reported for laser diode pumped operation. Direct comparison is made between fiber lasers using sensitized erbium (Er³⁺ and Yb³⁺) and erbium on its own. The performance of Er³⁺-Yb³⁺ fiber lasers is analyzed in more detail as a function of fiber length. Both CW and Q-switched operations are studied and the results obtained demonstrate that practical sources at 1.5 μm are available from diode pumped Er³⁺ -Yb³⁺ systems     

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。     

掺Tm~(3 )石英单模光纤产生1.871μm激光的初步研究

报道了利用１．０５３μｍ激光泵浦国产掺Ｔｍ３＋石英单模光纤产生１．８７１μｍ激光的初步实验结果。实验中产生的最大激光输出功率为１５３μＷ，斜率效率为０．３２     

掺Tm3+光纤激光器的进展

总结分析了近期连续波输出、脉冲输出和上转换连续波输出的掺，Tm^3 光纤激光器现状。指出采用Tm^3 分别与Yb^3 、Ho^3 和Al^3 共掺的光纤，可使掺Tm^3 光纤激光器扩展抽运源波长、压缩调Q脉宽和提高斜率效率。     

多波长Er3+:YAlO3激光的偏振特性

本文从实验上研究了掺杂10at%Er3+离子a轴Er3+YAlO3（Er:YAP）激光器同时起振的2.7110μm,2.7299μm和2.7950μm三条谱线的偏振特性,发现2.7110μm和2.7950μm激光为线偏振光,其偏振方向平行结晶的b轴方向.2.7299μm激光为部分偏振光,椭圆的长轴沿结晶的c轴方向.文中给出了三者的输出特性.     

Enhancement of dual-broadband NIR emissions in Ag NPs embedded tellurite glass doped with Er3+/Tm3+/Ho3+ ions

Tellurite glasses combined with metal silver nanoparticles (Ag NPs) and Er3+/Tm3+/Ho3+ ions were synthesized using melting and quenching technique, and the enhanced two-band near-infrared (NIR) fluorescence induced by Ag NPs was reported. Upon the excitation of 808 nm laser diode (LD), dual-broadband and flat NIR fluorescence ranging from 1 350 nm to 1 600 nm and from 1 600 nm to 2 200 nm with full width at half maximum (FWHM) of 154 nm and 374 nm respectively in Ag NPs embedded tellurite glass doped with appropriate concentrations of Er3+/Tm3+/Ho3+ ions has an obvious enhancement of about 40% with respect to the glass sample without Ag NPs, which is attributed to the local field effect caused by Ag NPs and energy transfer from Ag species to rare-earth ions. The enhanced dual-broadband and flat NIR fluorescence enables us to develop various NIR band photonic devices flexibly.