特大口径高功率脉冲氙灯的研制取得进展

上海光机所超宽带光放大材料研究小组对铋掺杂玻璃展开了系统的研究。在808nm半导体激光器的泵浦下，发现铋掺杂硅酸盐、锗酸盐、硼酸盐、磷酸盐等系统玻璃在室温下能产生横盖1．2-1．6μm区间的超宽带荧光，荧光寿命一般为几百微秒，荧光半高宽在200-400nm之间。该类发光材料极有望用做光通讯领域中超宽带光放大器以及超宽带可调谐激光器的增益介质，并首次提出了基于低价铋的发光机理。     

基于自研锗铋共掺石英光纤的E+S波段放大输出

<正>光通信关键技术的发展趋势是频谱宽频化，即传统光放大器向全谱化方向发展。传统光纤放大器受稀土离子4f窄带禁戒跃迁特性的限制，工作波段无法完全覆盖石英光纤低损耗传输窗口O+E+S+L+U波段，发展新离子掺杂激光材料成为必然趋势。1999年，日本学者在掺铋玻璃中发现了近红外波段的宽带发光。以俄罗斯科学院光纤光学研究中心（FORC）及英国南安普敦大学光电子研究中心为代表的研究机构基于掺铋石英光纤实现了1100～1700 nm波段的宽带放大，得到了新波段激光。     

具有超宽带近红外发光的铋激活光子玻璃

在铋掺杂的各种玻璃体系中能够产生覆盖1.2～1.6μm区间的超宽近红外发光；并对此类发光材料的发光机理进行了初步探讨，指出铬铋共掺的锌铝硅玻璃中的宽带近红外发光源于铋而不是Cr^4＋离子。     

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.     

Tm~(3+)/Dy~(3+)共掺铋酸盐玻璃的1.47μm宽带发光

采用高温熔融法制备了Tm~(3+)/Dy~(3+)共掺杂铋酸盐玻璃样品。利用样品的差热分析曲线、拉曼光谱、红外透过光谱、吸收光谱、荧光光谱和荧光衰减曲线,对800nm激光二极管抽运下样品的1.47μm宽带发光特性进行了研究。研究结果表明,制备的铋酸盐玻璃具有良好的热稳定性、较低的声子能量和较高的红外透过率。当Dy~(3+)的摩尔分数为0.3%时,实现了对Tm~(3+)的1.47μm发光的敏化增强,其荧光谱线的半峰全宽为118nm。计算得到1.47μm发光的最大受激发射截面为4.37×10~(-21) cm~2,光纤放大品质因子为5.31×10~(-26) cm~3。     

新型铋掺杂玻璃的超宽带光放大

研究了几类可用于超宽带光纤放大器的新型增益介质,实现了铋掺杂玻璃覆盖多个光通信窗口的光放大.     

中红外宽带荧光PbSe量子点掺杂玻璃光纤研究

宽带可调谐中红外光源在光谱传感器以及医疗、环境监测等实际应用方面备受关注。目前,发光玻璃主要通过稀土离子掺杂来实现中红外波段发光,但其可调范围较小。PbSe量子点具有较窄的带隙、较大的玻尔半径,因而易实现量子限域效应。在低声子能量的锗酸盐玻璃中原位析出PbSe量子点,有望产生近中红外宽带可调谐荧光发射。本课题组利用管内熔融法成功制备了全固态PbSe量子点掺杂玻璃光纤,获得了覆盖1.8～2.8μm的宽带可调谐发射,有望用于宽带可调谐中红外光源。     

Er~(3+)/Nd~(3+)共掺铋锗酸盐玻璃2.7μm光谱性质研究（英文）

用高温熔融法制备了Er3+/Nd3+共掺铋锗酸盐玻璃,研究了玻璃的吸收光谱和在808 nm抽运下的荧光光谱。研究表明:对应于2.7μm发光,Er3+/Nd3+共掺铋锗酸盐玻璃具有大的自发辐射几率(58.46 s-1)和受激发射截面(8.34×10-21cm2)。通过对铒钕离子之间能量传递微观系数和效率的计算得知,钕离子不但可以增加铒离子2.7μm发光上能级的布局数,而且可以减小其下能级的布局数,良好的2.7μm发光性质表明Er3+/Nd3+共掺铋锗酸盐玻璃是一种潜在的中红外发光激活介质。     

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...     

掺铒硫系玻璃光纤的中红外增益特性模拟研究

实验制备了Er3+掺杂质量分数为1%的Ga5Ge20Sb10S65硫系玻璃,测试了其折射率、吸收光谱和荧光光谱,利用Judd-Ofelt和Futchbauer-Ladenburg理论计算了Er3+离子的自发辐射几率、吸收截面和受激发射截面等光谱参数。在综合考虑Er3+离子的交叉弛豫、能量上转换和激发态吸收效应的基础上,应用四能级粒子数速率-光功率传输方程模型,模拟计算了Er3+掺杂Ga5Ge20Sb10S65硫系玻璃光纤的中红外2.74μm波段的增益特性。结果显示,Er3+掺杂硫系玻璃光纤在2.74μm中红外波段具有较高的信号增益和较宽的增益谱,最大增益值和20dB增益带宽分别超过了40dB和200nm,表明其是可用于中红外2.74μm波段宽带放大的理想增益介质。     

Bi离子掺杂GeO2-Nb2O5-X玻璃的近红外宽带发光特性研究

用高温熔融法,制备了Bi离子掺杂浓度为1mol%的80GeO2-10Nb2O5-10X(X=Li2O,Na2O,CaO)系列玻璃。分别测定了样品的差热分析(DTA)曲线、吸收光谱、发射光谱、荧光寿命及傅立叶红外光谱(FTIR)。从DTA曲线估算出样品的结晶起始温度和软化温度的差值达200℃以上,该玻璃系统具有良好的热稳定性。在吸收光谱中,观察到由Bi掺杂所引起的约511nm和722nm两处吸收峰。在808nm波长的激光二极管(LD)激发下,观察到发光中心约为1 300nm、荧光半高宽(FWHM)约为200nm、荧光寿命约为133μs的宽带发光。在3组分玻璃中,含Li2O的玻璃具有最强的近红外宽带发光。从其红外吸收光谱可推断Bi3+与Bi5+共存于玻璃中,玻璃的近红外宽带发光可能起因于Bi5+。     

光学碱度与能量传递对Bi/Yb~(3+)共掺杂锗酸盐玻璃近红外发光性质的影响（英文）

采用传统高温熔融法制备了Bi/Yb~(3+)共掺杂锗酸盐玻璃,通过吸收光谱、近红外光谱和荧光衰减寿命测试,研究了玻璃样品的近红外发光性质.研究结果表明,玻璃样品在980 nm或808 nm激光激发下,均能同时观察到Yb~(3+)离子和Bi离子的近红外发光,Yb~(3+)离子与Bi离子之间存在相互能量传递.随着Yb~(3+)离子浓度的增加,玻璃基质的光学碱度和Yb~(3+)离子到Bi离子的能量传递效率均增加,讨论了能量传递效率的提高对Bi离子发光的增强作用与光学碱度增加对Bi离子发光的削弱作用的竞争影响机制,获得了Bi/Yb~(3+)离子共掺杂锗酸盐玻璃的近红外发光的机理.     

宽带铋基掺铒光纤放大器的增益箝制研究

应用于动态通信网络中的光放大器需要恒定的信号增益.为此,设计了一个基于环形激光腔结构的宽带铋基掺铒光纤放大器(Bi-EDFA),进行了宽带Bi-EDFA信号增益箝制特性的理论研究.结果表明:通过将放大器输出的一个前向放大自发辐射(ASE)噪声光反馈到输入端,可以实现对1.53 μm波段传输信号的增益箝制.环路损耗越小,...     

Dy~(3+)掺杂Ga-Sb-S玻璃的3～5μm发光研究

制备了一系列Dy3+掺杂新型Ga-Sb-S硫系玻璃,研究了玻璃的热稳定性(玻璃态稳定性)、光学性能、结构和中红外发光性能,通过组分微调改善了玻璃的抗析晶性能,拉制了高光学质量的光纤。结果表明,Dy3+掺杂Ga-Sb-S玻璃具有良好的热稳定性、优异的红外透光性和较低的声子能量,在2.95、3.59、4.17、4.40μm附近表现出较强的发光;少量As替代Sb可显著减弱光纤拉制过程中玻璃的析晶倾向,同时未对玻璃的发光产生显著影响。光谱分析结果显示,Dy3+在Ga-Sb-S玻璃中的2.95μm和4.17μm荧光量子效率分别为88.1%和75.9%,对应的受激发射截面分别为1.1×10-20cm2和0.38×10-20cm2。较高的量子效率和较大的受激发射截面使得Dy3+掺杂Ga-Sb-S玻璃成为极具潜力的中红外激光增益材料。     

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。     

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。     

氟硼酸盐玻璃的上转换发光

制备了Er^3＋离子掺杂的Yb^3＋离子氟硼酸盐玻璃,利用R-500型分光光度计,测量了样品在980mn和488mn激光激发下的发光特性,并就其红外上转换机制展开了讨论。     

用于波分复用系统光学放大器的光纤

旭硝子公司研制成用于波分复用(WDM)系统光学放大器的,可以放大的宽带光纤. 以该公司多组分系玻璃材料制造技术为基础,以和京都大学共同开发的氧化铋系玻璃为原料制作光纤.这种光纤与石英光纤相比,其用于放大的铒离子掺杂浓度高100倍以上,光纤放大效率也提高了100倍以上.     

堆积法制作大芯径磷酸盐光子晶体光纤

采用管棒堆积法制作了芯径为25μm的Nd离子掺杂磷酸盐玻璃实芯光子晶体光纤(PCF),并测定了它的光学性能。用808 nm半导体激光端面抽运50 cm长的PCF。结果显示,与同组成的玻璃细棒相比,PCF在1060 nm附近的自发辐射放大(ASE)较强,而900 nm和1330 nm发光峰被抑制,同时1060 nm峰的线宽变窄。PCF在1060 nm的传输为单模,传输损耗为9.1 dB/m,这种PCF在光纤激光器领域有着潜在的应用前景。     

中红外宽带发射氟化铅激光晶体性能研究

中红外激光在光电对抗、激光雷达、遥感探测、激光手术、光纤通信、科学研究等领域中有着非常重要的应用。中红外激光增益材料作为中红外激光器的核心工作介质,具有举足轻重的地位。其中,设计和生长既满足当前泵浦条件又具有高效中红外荧光发射性能的激光晶体成为了研究热点。从优化中红外发光离子光谱性能角度出发,回顾了本课题组近年来关于新型宽带发射稀土离子掺杂氟化铅中红外激光晶体的研究结果,以期为后续研究提供一定的参考。