基于级联跃迁的2.8 μm低掺铒氟化物光纤激光器数值分析与优化

2.8 μm和1.6 μm激光级联跃迁的工作方式,可以有效解决低掺铒氟化物光纤中自终止效应导致的2.8 μm激光功率提升难题.建立基于低掺铒氟化物光纤2.8 μm和1.6 μm激光级联跃迁的中红外光纤激光器数值模型,系统分析了2.8 μm和1.6 μm激光波长对2.8 μm激光功率和转换效率的影响.计算结果表明,选取1610 nm作为级联激光工作波长,能有效平衡2.8 μm激光下能级⁴I_13/2粒子向基态⁴I_15/2和激发态⁴I_9/2的跃迁过程,实现2.8 μm波段激光输出功率和效率的提升.此外,计算了1.6 μm激光腔反馈对2.8 μm激光功率和效率的影响,结果表明,仅通过光纤端面提供的弱反馈即可实现1.6 μm激光振荡,从而获得高效率2.8 μm激光输出.     

AlF3-K2NbOF5系统非晶态材料离子导体的结构与电性能

本文研究了AlF₃-K₂NbOF₅系列玻璃导电性。通过对AlF₃-K₂NbOF₅系列玻璃的Raman光谱研究,初步确认了玻璃的结构。根据结构随组成的变化情况,进一步讨论了玻璃的电导率。AlF₃-K₂NbOF₅二元系玻璃,当AlF₃的含量在21—29mol％范围内时,Al^{3+关键词：}     

稀土离子掺杂的AlF3基氟化物玻璃

在800和970nm LD激发下,分别研究了Er^3＋单掺和Yb^3＋,Tm^3＋共掺的AlF₃基(AYF,AZF)玻璃中上转换发光、能量传递和浓度猝灭.在Er³⁺掺杂的AlF₃基玻璃,随着Er³⁺掺杂量的增加,红光与绿光上转换发光强度比(I_red/I_green)增加,这被认为与两个Er³⁺离子 关键词： 稀土离子 氟铝酸盐玻璃     

Cr4+在MgCaBa-铝酸盐玻璃中的发射及光学增益

研究了四价铬离子掺杂的MgCaBa-铝酸盐玻璃在近红外区的发射光谱,既有源于¹E—³A₂跃迁,位于1.18μm处的窄带,又有源于³T₂—³A₂范围在1.1～1.4 μm内的宽带,利用ASE(Amplified Spontaneous Emission)方法研究了其增益特性,测量了在 632.8nm激发下不同激发长度下的发射光谱,得到其光学增益系数在1.18μm和1.24 μm处分别为B_E=(0.7±0.04)mm^-1和B_T=(0.05±0.005)mm^-1,并根据这种材料的光谱性质,对其作为近红外可调谐激光介质的可能作出评估。     

LiF及AlF3对掺Tm3+氟磷玻璃光学、光谱性质、析晶性能及结构的影响

为了平衡掺铥氟磷玻璃对辐射寿命、发射截面和析晶稳定性的综合要求,研究了LiF及AlF₃对掺铥氟磷玻璃光学光谱性质和析晶性能的影响. 研究表明,高达30 mol%的LiF仍可保证氟磷玻璃具有较好的析晶稳定性能且其在提高Tm³⁺离子的辐射寿命上具有非常重要的作用;高AlF₃玻璃具有很好的析晶稳定性能,但Tm³⁺离子在其中的辐射寿命下降较快; 鉴于LiF和AlF₃含量的相对变化对发射截面的影响不大,因此 关键词： 氟磷玻璃 辐射寿命 发射截面 析晶稳定性     

国产30/600μm掺镱光纤实现4.1kW激光输出

采用化学气相沉积结合气相/液相复合掺杂方式制备30/600 μm掺镱双包层光纤,石英纤芯中的掺杂组分为Yb₂O₃, Al₂O₃,P₂O₅。基于976 nm发光二极管反向抽运方式,构建全光纤化的主控振荡器功率放大器结构对增益光纤进行测试。实验中,种子源功率为189 W,当泵浦总功率为4747 W时,激光输出功率为4120 W,放大级光光效率为85%,3 dB带宽为1.6 nm。激光器连续工作1 h,激光功率稳定在4100 W,未发生明显的功率衰退现象。     

新型单模大模场红外硫系玻璃光子晶体光纤设计研究

大模场光子晶体光纤在高功率激光传输、光纤放大器、光纤激光器中的广泛应用, 使其受到研究者的广泛关注.硫系玻璃在红外波段(1–20μm)具有优良透过性能, 且具有折射率高(2.0–3.5)、声子能量低(小于350 cm^-1)、 组分可调等特性, 成为制备红外光纤的理想材料. 本文设计一种基于Ge₂₀Sb₁₅Se₆₅硫系玻璃基质的新型单模传输、低损耗、超大模场面积光子晶体光纤结构, 经理论验证其在λ =10.6 μm处基模限制损耗远低于0.1 dB/m, 高阶限制模损耗大于2 dB/m, 模场面积约为13333 μm². 关键词： 硫系玻璃 大模场面积 红外光子晶体光纤 结构设计     

Tm3+掺杂锗铌酸盐玻璃及其红外光谱特性

用高温熔融法制备了相同质量百分比浓度4%Tm₂O₃掺杂浓度下(90-x)GeO₂-xNb₂O₅-10Na₂O(其中数字为摩尔百分比x=1,2,4,6,8)以及Tm₂O₃掺杂浓度分别为质量百分比1%,2%,3%,4%下86GeO₂-4Nb₂O₅-10Na₂O(其中数字为摩尔分数)系列玻璃.研究了Nb₂O₅组分对玻璃热稳定性,荧光强度和J-O参数的影响.应用Judd-Ofelt理论,计算了Tm³⁺离子在Nb₂O₅浓度不同时的J-O强度参数(Ω₂,Ω₄,Ω₆)及Tm³⁺离子各激发态能级的自发跃迁概率、荧光分支比以及辐射寿命等光谱参量.根据McCumber理论,计算了Tm³⁺离子能级³F₄→³H₆(1.8 μm)跃迁的吸收截面和受激发射截面.从获得的吸收截面、发射截面与离子掺杂浓度计算了1.8 μm荧光波段的增益截面曲线.在808 nm波长光的激发下,研究了Tm³⁺掺杂玻璃在1.47与1.8 μm附近的荧光特性.发现当Tm₂O₃掺杂浓度为质量百分比3%时,在1.8 μm处的荧光强度达最大,然后随着掺杂浓度的增大,其荧光强度反而降低;当Nb₂O₅摩尔分数含量大约在2%时,Tm³⁺在1.8 μm处的荧光强度最强.并讨论了Nb₂O₅组分变化对玻璃结构与光谱特性的影响情况. 关键词： 3+掺杂锗铌酸盐玻璃')" href="#">Tm³⁺掺杂锗铌酸盐玻璃 红外光谱性质 交叉弛豫 2O₅')" href="#">Nb₂O₅     

Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐微结构光纤激光器

用棒管法拉制了Tm³⁺/Ho³⁺掺杂的碲酸盐微结构光纤,并获得了2 μm的激光输出。以1 560 nm的Er³⁺掺杂石英光纤激光器作为泵浦源,在22 cm长的微结构光纤中,得到了最大功率为8.34 mW、波长为2 065 nm的连续激光输出,泵浦光功率为507 mW,斜率效率为2.97%。研究结果表明,Tm³⁺/Ho³⁺共掺碲酸盐微结构光纤是一种用于研制2 μm激光器的理想材料。     

新型高掺Tm3+石英光纤制备及2.0μm激光性能研究

稀土掺杂石英光纤具有物化性能稳定、机械强度高、易于系统集成等优点，是目前光纤激光器最核心的增益介质，但其稀土掺杂浓度一般较低(<2%)。利用溶胶凝胶法和高温烧结工艺制备了Tm³⁺掺杂浓度为8.29×10²⁰ cm^-3的高硅氧玻璃，并表征了其光谱性能。采用溶胶镀膜和二次熔融拉锥方法制备了芯径约为4μm、外径为125μm的石英光纤，其可与商用无源光纤进行熔接。利用全光纤化线性腔结构，以制备的不同长度掺Tm³⁺石英光纤作为增益介质，均可实现1947 nm激光输出，光信噪比约为70 dB；当光纤长度为4.6 cm时，斜率效率高达14.1%；同时搭建了掺铥光纤放大器，测得光纤小信号净增益系数为0.48 dB/cm。研究结果表明，该新型光纤制备方法可为高浓度掺铥石英光纤提供新途径，有望推动其在2.0μm单频及高重频锁模光纤激光器中的应用。     

Cr3+,Yb3+,Er3+共掺磷酸盐铒玻璃转镜调Q激光性质研究

研究了Cr³⁺,Yb³⁺,Er³⁺共掺磷酸盐铒玻 璃转镜调Q激光性质.三种Er₂O₃掺杂浓度的激光实验结果表明，在Er₂O₃名义掺杂浓 度为0.5wt％时，玻璃的综合激 光性质最好，重复频率为0.1Hz时，它的激光阈值功率为14.5mJ，最大输出能量为9.6mJ ，斜率效率为0.55％.在同种实验条件下，比较了Cr14和Kigre公司生产的QE-7S激光性质参数，实验表明，前者激光阈值功率稍低，而后者的斜率效率和最大输出功率略高. 关键词： 3+-Yb³⁺-Er³⁺共掺')" href="#">Cr³⁺-Yb³⁺-Er³⁺共掺 磷酸 盐玻璃 光谱性质 激光性质     

Tm3+-Yb3+共掺杂的碲酸盐玻璃和光纤的光谱特性

研究了Tm³⁺-Yb³⁺共掺杂的碲酸盐玻璃和光纤在980nm激光二极管激发下的可见与近红外光谱性质.室温下,Tm³⁺-Yb³⁺共掺杂的碲酸盐玻璃在480,800nm处观测到了很强的上转换发光,在650nm观测到一较弱的上转换发光,它们分别来自Tm³⁺离子的¹G₄^→3H₆,³H₄^{→ 3}H₆和¹G₄^{→ 3}F₄跃迁;在1020,1810nm处观测到近红外发射,它们分别属于Yb³⁺离子的²F_5/2^→2F_7/2跃迁和Tm³⁺离子的³F₄^→3H₆跃迁.研究了其发光特性与Tm³⁺及Yb³⁺的浓度的依赖关系.此外,在980nm激光激发下,还观测到Tm³⁺-Yb³⁺共掺杂的碲酸盐玻璃光纤在1060,1470,1910nm附近的近红外发射.详细讨论了其发光机制,该材料可望用于制作蓝色上转换光纤激光器、S-波段光纤放大器以及在医疗诊断和遥感中有着广泛的应用的1.9μm光纤激光器.     

Pr3+/Ho3+共掺Ge-Ga-Se玻璃的2.9 μm荧光特性的研究

采用熔融冷却法制备了系列Ho³⁺/Pr³⁺共掺的Ge₂₅Ga₁₀Se₆₅玻璃样品,测试了样品的吸收光谱以及908 nm激光抽运下的中红外荧光光谱和Ho³⁺离子⁵I₇能级寿命.计算了Ho³⁺:⁵I₇→⁵I₈发射截面和Pr³⁺:³H₄→³F₂吸收截面,讨论了Ho³⁺,Pr³⁺离子之间的能量转移效率及Pr³⁺离子浓度的影响.通过拟合Ho³⁺离子2.0 μm荧光衰减曲线判断能量转移机理.结果表明,Ho³⁺掺杂Ge₂₅Ga₁₀Se₆₅玻璃中引入Pr³⁺离子可以有效提高Ho³⁺离子的2.9 μm荧光强度. 关键词： 中红外发光 硫系玻璃 3+/Pr³⁺共掺')" href="#">Ho³⁺/Pr³⁺共掺     

磷酸盐钕玻璃的荧光寿命和损耗对激光增益特性的影响小能量0.35 μm激光-X射线转换研究

实验研究了目前使用的N2122和N3122掺钕磷酸盐玻璃中不同的OH基浓度对玻璃荧光寿命的影响,同时从实验和理论上研究了荧光寿命和损耗对激光增益特性的影响,结果表明:增加玻璃的荧光寿命是提高增益性能的一个重要方法,当玻璃的荧光寿命增加10%时小信号增益系数提高5%左右。提高钕玻璃的荧光寿命,可适当降低对损耗的要求,也能够保持它的增益性能不变。以小能量0.35 μm激光(<100J)辐照盘靶(5600 μm×4 μm),用软X射线平响应探测器测量X射线角分布(dE/dΩ)和X射线转换效率(ηx)。dE/dΩ=a+bcosθ,与φ角无关。ηx随激光入射角增加而下降。按金盘、多层膜(0.11 μm)金盘和CH膜(0.4 μm)金盘顺序,ηx依次下降。     

掺铒硫系玻璃的制备及其微结构光纤的中红外信号放大特性研究

为进一步揭示硫系玻璃基掺Er³⁺微结构光纤对于中红外波段信号的放大特性, 采用熔融淬火法研制了Er³⁺离子掺杂的Ga₅Ge₂₀Sb₁₀S₆₅硫系玻璃, 测试了玻璃样品的吸收光谱和2.7 μm波段荧光光谱, 利用Judd-Ofelt和Futchbauer-Ladenburg理论分别计算得到了Er³⁺离子的辐射跃迁概率、辐射寿命以及2.7 μm波段受激发射截面. 在此基础上, 建立了一个980 nm抽运下该玻璃基掺Er³⁺微结构光纤2.7 μm波段中红外信号的放大模型, 理论上研究了其作为2.7 μm波段中红外信号增益介质时的光放大特性. 结果显示, 硫系玻璃基掺Er³⁺微结构光纤具有优异的高增益和宽带放大品性. 在200 mW抽运功率激励下的100 cm光纤长度上, 最大小信号增益超过了40 dB, 高于30 dB信号增益的放大带宽达到了120 nm (2696—2816 nm). 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2.7 μm波段中红外宽带放大器的增益介质.     

Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃的2.0μm发光特性及能量传递

研究了Tm³⁺/Ho³⁺共掺TeO₂-WO₃-ZnO玻璃在808 nm激光二极管抽运下的2.0μm发光特性及Tm³+与Ho³⁺之间的能量传递.应用Judd-Ofelt理论计算了Ho³⁺在碲酸盐玻璃中的谱线强度参量Ω_t (t=2,4,6)、自发辐射概率A_r、辐射寿命τ_r等.计算了Ho³⁺的吸收截面σ_a(λ)和受激发射截面σ_e(λ).结果表明：碲酸盐玻璃中Tm³⁺→Ho³⁺正向能量传递系数大约是Tm³⁺←Ho³⁺反向能量传递系数的18倍.Ho³⁺离子的⁵I₇能级的寿命为3.9ms，2.0μm处的最大发射截面为9.15×10^-21cm².在0.5mol% Tm₂O₃和0.15mol% Ho₂O₃共掺的碲酸盐玻璃中能获得2.0μm的最大增益.通过比较氟化物、碲酸盐和镓铋酸盐重金属氧化物等玻璃中Ho³⁺的量子效率η，σ_e×τ_m值和增益系数G(λ)等，发现Tm³⁺/Ho³⁺共掺碲酸盐玻璃是一种理想的2.0μm激光器用基质玻璃. 关键词： 2.0μm发光 能量传递 增益 碲酸盐玻璃     

Tm$lt;sup$gt;3+$lt;/sup$gt;掺杂锗碲酸盐玻璃的近2 μm光谱性质

用高温熔融法制备了Tm₂O₃掺杂浓度为0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.25, 1.5 mol%的40 GeO₂-35TeO₂-15PbO-5Al₂O₃-2.5CaO-2.5SrO锗碲酸盐玻璃. 热学性质测试表明该玻璃的转变温度为446 ℃, 没有析晶峰. 玻璃的最大声子能量约为750 cm^-1. 利用Judd-Ofelt 理论计算了Tm³⁺ 的Judd-Ofelt 参数Ω_t(t = 2, 4, 6)、不同浓度下Tm³⁺ 离子各激发态能级的自发辐射几率、荧光分支比以及辐射寿命等参数. 采用808 nm 波长抽运源测试了Tm³⁺ 离子的荧光光谱. 发现掺杂浓度为1 mol% 时约1.8 μm 处的荧光强度最强. 根据McCumber 理论计算了³F₄ →³H₆ 的发射截面, 其峰值发射截面为6.5 × 10^-21 cm². 根据速率方程计算了玻璃中OH 引起的Tm³⁺ 的³F₄ 能级的无辐射弛豫速率, 随着Tm³⁺ 浓度增加, OH 对³F₄ 能级的猝灭速率增加. 这种玻璃有望研制成一种新型的约2 μm 的激光玻璃材料. 关键词： 锗碲酸盐玻璃 3+掺杂')" href="#">Tm³⁺掺杂 光谱性质     

3μm与2μm级联振荡Ho3+:ZBLAN光纤激光器的动态特性分析

基于传输速率方程，对Ho³⁺:ZBLAN光纤激光器的动态特性——上能级粒子数以 及输出激光功率的弛豫振荡特性进行了数值分析.通过忽略光纤参数对传输方向的依赖性，抽运光 和信号光的功率传输方程被分别简化处理.结果表明，在⁵I₆能级的 粒子数首先经历 一次弛豫振荡后，⁵I₆和⁵I₇能级的粒 子数交替弛豫振荡并达到稳态；同 样，在3μm波长的激光功率首先经历一次弛豫振荡后，3μm和2μm波长的激光功率交替弛豫 振荡并达到稳态，而且，弛豫振荡时的峰值功率远大于稳态时的激光功率. 关键词： 光纤激光器 动态特性 光纤激光理论 钬光纤     

Er3+/Yb3+共掺碲钨酸盐玻璃的热稳定性和1.5μm波段的光谱性质

制备了Er³⁺/Yb³⁺共掺的碲钨酸盐玻璃样品,TeO₂-WO₃-R_mO_n(R_mO_n=PbO,BaO,La₂O₃,Bi₂O₃),研究了样品的热稳定性和1.5μm波段的光谱性质。碲酸盐中引入WO₃的目的是为提高基质的声子能量,使Er³⁺离子⁴I_13/2→⁴I_15/2的多声子弛豫速率增加,从而提高⁴I_13/2能级上的Er³⁺离子数,这对提高1.5μm处的荧光强度有利,另外加入WO₃也能提高碲酸盐玻璃的抗析晶能力。测试了样品的FT-IR光谱,发现碲钨酸盐玻璃样品中存在着TeO₄、TeO₃、WO₄和WO₆结构体。周围环境的不对称性导致Er³⁺在1.5μm处的光谱有非均匀的展宽和大的受激发射截面。Er³⁺在70TeO₂-20WO₃-10Bi₂O₃玻璃中⁴I_13/2→⁴I_15/2能级发射的荧光半峰全宽(FWHM)为77nm,应用McCumber理论计算的受激发射截面(σ^peak)为1.03×10^-20cm²。其FWHM×σ_peak乘积远大于掺Er³⁺的铋酸盐、磷酸盐、碲酸盐和硅酸盐玻璃,说明碲钨酸盐玻璃是一种制备宽带光纤放大器优良基质材料。     

混合形成体对掺铒碲酸盐玻璃的热力学稳定性和发光性能的影响

研究了混合形成体效应对掺铒碲酸盐玻璃热力学稳定性、1.53 μm发光特性和上转换发光强度的影响.通过拉曼光谱测试,分析了WO₃,Nb₂O₅,GeO₂等氧化物对Er³⁺离子配位场结构,以及对发光谱的非均匀展宽机理的作用.结果表明,通过掺杂适当声子能量的网络形成体氧化物,不但可获得热力学稳定性较好的玻璃,还可有效降低Er³⁺离子⁴I_11/2能级的寿命,在抑制Er³⁺离子在可见光波段的上转换发光的同时不致劣化其在1.53 μm的发光特性.本文制得的碲酸盐玻璃具有较大的受激发射截面((9.64—10.96)×10^-21cm²)和荧光半高宽(FWHM)(50—67 nm),热力学稳定性良好,是一种理想的掺Er³⁺宽带有源光纤用基质玻璃. 关键词： 掺铒碲酸盐玻璃 混合形成体 1.53 μm发光 声子能量