Tm~(3+)掺杂锗碲酸盐玻璃的近2μm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 Ge O2-35Te O2-15Pb O-5Al2O3-2.5Ca O-2.5Sr O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Ωt(t=2,4,6)、不同浓度下Tm3+离子各激发态能级的自发辐射概率、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1.8μm处的荧光强度最强.根据Mc Cumber理论计算了3F4→3H6的发射截面,其峰值发射截面为6.5×10-21cm2.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2μm的激光玻璃材料.     

基于碲酸盐微结构光纤的超连续光源

采用自制的碲酸盐微结构光纤作为非线性介质,利用实验室自己搭建的1 560 nm飞秒光纤激光器作为泵浦源,研究了泵浦功率、光纤长度、非线性系数和群速度色散对超连续谱展宽的影响,并通过优化碲酸盐微结构光纤的结构获得了覆盖1 300~2 200 nm的全光纤超连续光源。     

高效率掺Tm~(3+)双包层光纤及光纤激光器的研制

掺Tm3+光纤激光器有着广泛的应用前景,而掺Tm3+光纤是其核心与关键.本文采用改进的化学汽相沉积(MCVD)工艺和气相液相复合掺杂技术,在MCVD机车上实现了掺Tm3+石英光纤预制棒的制备,并制备了掺Tm3+石英双包层光纤(芯包比为10/125).利用上述光纤搭建直腔型全光纤激光器,在波长为793nm的LD抽运下,获得激光光谱中心波长为2002 nm,最大的激光输出功率30.7 W,光纤斜率效率为59.32%.     

应用于2.1μm激光的Tm~(3+)/Ho~(3+)共掺氟碲酸盐微结构光纤研究

采用棒管法制备了低羟基含量的Tm~(3+)/Ho~(3+)共掺氟碲酸盐微结构光纤。当使用波长为1 560 nm的激光器泵浦Tm~(3+)/Ho~(3+)共掺光纤时,处于Tm~(3+)基态3H6的电子被激发至3F4能级,进一步通过Tm~(3+)和Ho~(3+)间的能量传递过程3F4→3H6(Tm~(3+)):5I8→5I7(Ho~(3+))(能量失配为745 cm-1)布居Ho~(3+)的5I7能级,5I7能级上的电子向5I8能级跃迁发射出2.1μm的光。使用1 560 nm光纤激光器作为泵浦源,18 cm长的Tm~(3+)/Ho~(3+)氟碲酸盐微结构光纤作为增益介质,获得了波长为2 063 nm的激光输出。所得激光的斜率效率为12.9%,激光阈值为163 m W,未饱和的最大输出功率为40 m W。研究结果表明,Tm~(3+)/Ho~(3+)共掺氟碲酸盐微结构光纤可用于制作2.1μm光纤激光器。     

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。     

掺Tm~(3+)光纤激光器的热效应分析

随着泵浦源功率的提高和双包层抽运技术的发展,掺Tm3+光纤激光器的输出功率已达到kW量级,热效应逐渐成为限制掺Tm3+光纤激光器输出功率和光束质量提高的关键因素。主要分析了掺Tm3+光纤激光器的热效应以及一些常用的应对措施。     

Eu~(3+)掺杂碲酸盐闪烁玻璃的研究

用高温熔融法制备了Eu3+掺杂的碲酸盐闪烁玻璃。测试了Eu3+不同掺杂浓度玻璃样品的密度、差热特性、吸收、发射、激发光谱及X射线激发下的闪烁光谱。研究了不同Eu3+掺杂浓度对玻璃样品的密度、光谱性能的影响规律及掺杂离子的浓度猝灭效应。研究结果表明:Eu3+掺杂碲酸盐具有较大的密度和较强的闪烁发光,随着Eu3+浓度增加,由于Eu3+间的间距减小,共振能量转移几率增大,致使发光强度增强;但当掺杂到7mol%的高浓度时,会发生浓度猝灭效应。     

掺Tm~(3+)和Tm~(3+)/Ho~(3+)共掺碲钨酸盐玻璃中能量转换过程和机理

本文研究了808nm激光二极管抽运下掺Tm3+和Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃的能量转换过程和机理.利用Dexter模型计算了能量转换微观参数和临界半径,分析了两者的变化特性;利用Vila等修正的Inokuti-Hirayama模型拟合了Tm3+的荧光衰减曲线.结果表明:Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃的能量转换过程中,不仅包含Inokuti-Hirayama作用方式,而且存在着局域性相互作用,并随着Tm3+和Ho3+的浓度增大,后者所占比例逐渐增大.     

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.     

Tm3+/Ho3+掺杂碲酸盐玻璃的上转换发光性能与能量转换机制

采用高温熔融法制备了单掺Tm3+和Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃,测试了808 nm激光泵浦下玻璃的红外和上转换荧光光谱。Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃上转换荧光光谱主要由695 nm红光、544 nm绿光、474 nm蓝光和740 nm红光四个发光带组成。通过分析样品的光谱性能和能量转换机制,发现很少报道的740 nm红光可能是由Tm3+：1D₂ →3F_{2, 3}能级跃迁产生的。在掺杂0.5 mol％ Tm₂O₃的样品中添加0.3 mol％ Ho₂O₃,695 nm红光、740 nm红光和474 nm蓝光等上转换发光强度明显增大,大约分别是单掺0.5 mol％ Tm₂O₃样品中发光强度的3倍,2.5倍和14倍。这些情况说明存在着强烈的Ho3+→Tm3+反向能量传递。单掺Tm3+碲酸盐玻璃中1D₂能级(发射740 nm红光)上的粒子集居主要来源于合作上转换(CU)过程,而3F_{2, 3}能级(发射695 nm红光)上的粒子集居除了来源于CU过程之外,还有740 nm红光的发射和1G₄能级上部分粒子的无辐射跃迁(1G₄→3F_{2, 3})两条途径,因此样品中695 nm红光强度明显要大于740 nm红光强度。通过交叉驰豫作用CR2和CR3以及反向共振能量转移RET2,Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃中Tm3+的1G₄能级(发射474 nm蓝光)上的粒子集居数比单掺Tm3+时出现了净增加。Tm3+的1G₄能级上粒子集居数的增加可能进一步强化了该能级的无辐射跃迁、740 nm红光的发射以及CU过程,并进而促使Tm3+的3F_{2, 3}能级上的粒子集居。所以,当Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃与单掺Tm3+碲酸盐玻璃中掺杂相同浓度的Tm3+时,前者的红光和蓝光等上转换荧光强度均比后者要大。本文还研究了Tm3+之间以及Tm3+与 Ho3+之间的交叉弛豫和能量传递等效应,并进一步探讨了Tm3+与 Ho3+之间的能量转换机制。     

Upconversion in Highly Doped Er3+-Yb3+ Fiber Pumped by Ti:Sapphire Laser at 800 nm

The up-conversion processes were investigated in highly doped Er3+-Yb3+ silica fiber pumped by CW or mode-locked Ti:Sapphire laser at 800 nm band. The mechanism is different from that at 980 nm pumped band. The pumping wavelength and power dependences of green, blue and red fluorescence emission were obtained. The up-conversion efficiencies of different doped concentration were investigated. The strong infrared emissions, which limit the efficiency of up-conversion were observed.     

氟锆酸盐玻璃中Tm^3＋和（Tm^3＋＋Ho^3＋）离子的光谱研究

给出氟锆酸（ＺＢＬＡＮ）玻璃中＾Ｔｍ＾３＋和Ｈｏ＾３＋离子的Ｑｔ参量，并与氧化物玻璃中Ｔｍ＾３＋和Ｈｏ＾３＋的Ｑｔ参量进行了比较，用３７５ｎｍ和４６８ｎｍ波长激发单掺ＺＢＬＡＮ中Ｔｍ＾３＋离子，获得来自Ｄ，２，＾３Ｈ４，Ｇ４能级不同发射波长的发光强度随掺杂浓度的变化，而用小于１μｍ的激发波长激发发单掺Ｔｍ＾３＋或Ｈｏ＾３＋样品，获得近红外区发射光谱。文中给出掺杂浓度对于Ｔｍ＾３＋和Ｈｏ＾＋近红外区     

掺铒光纤激光器中自脉冲的控制

在实验中观察到了掺铒光纤激光器中自脉冲，并通过加反馈的方法控制了自脉冲。在理论上利用带反馈的两激光器的耦合模型，成功地解释了自脉冲的产生及其控制的物理机制。结果表明，掺铒光纤激光器中两正交偏振态的反馈及其耦合对光脉冲的形成及控制的重要性。     

Tm3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃的近红外发光及能量传递机理

采用高温熔融法制备了组分为TeO₂-ZnO-Na₂O的Tm³⁺离子单掺和Tm³⁺/Yb³⁺共掺碲酸盐玻璃,应用Judd-Ofelt理论计算分析了玻璃样品的强度参量Ω_t(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τ_rad等光谱参量,测量得到了不同Yb³⁺离子掺杂浓度下玻璃样品的Tm³⁺离子上转换发光谱.结果显示,在980 nm泵浦光激励下玻璃样品发射出强烈的近红外上转换荧光.对Tm³⁺离子上转换发光分析表明,强烈的Tm³⁺离子近红外上转换发光主要来自于Yb³⁺/Yb³⁺离子间的共振能量传递以及基于单声子和双声子辅助的Yb³⁺/Tm³⁺离子间的非共振能量传递过程,并进一步计算得到了声子贡献比和能量传递系数.最后,计算分析了Tm³⁺:³F₄→³H₆能级间跃迁的1.8 μm波段吸收截面、受激发射截面和增益系数.研究表明,Yb³⁺/Tm³⁺共掺TeO₂-ZnO-Na₂O玻璃可以作为近红外波段固体激光器的潜在增益基质.     

793 nm抽运下的掺Tm3+碲酸盐玻璃的发光特性

研究了掺Tm^3 碲酸盐玻璃在793nm钛宝石激光器抽运下的发光特性，结果发现除常规的^3H4→^3H6的811nm荧光外，还存在很强的^1G4→H5的785nm二光子转换荧光以及较弱的710nm和677nm三光子上转换荧光。     

Tm3+/Yb3+共掺氧卤碲酸盐玻璃上转换发光研究

研究了Tm³⁺/Yb³⁺共掺氧卤碲酸盐玻璃的上转换发光光谱，分析了Tm₂O₃含量对Tm³⁺/Yb³⁺共掺氧卤碲酸盐玻璃上转换发光的影响机理.结果表明：在Tm³⁺/Yb³⁺共掺氧卤碲酸盐玻璃的上转换发光中，Tm³⁺存在较强的浓度猝灭效应.随Tm₂O₃含量增加，Tm³⁺的上转换蓝光和红光强度先增加，后降低，在0.1mol% Tm₂O₃达到最大.该结果有助于进一步提高Tm³⁺的上转换发光效率.     

双包层Er3+/Yb3+共掺光纤激光器动态特性的分析

分析了弛豫振荡前上能级Er³⁺、Yb³⁺粒子数的变化和弛豫振荡时Er³⁺上能级粒子数的变化情况以及弛豫振荡时激光功率的变化规律,结果表明:弛豫振荡时的激光峰值功率远大于稳态时的激光功率.     

Tm3+/Yb3+共掺碲铅锌镧玻璃的能量传递和上转换发光

制备了Tm³⁺/Yb³⁺共掺TeO₂-PbO-ZnO-La₂O₃玻璃，研究了玻璃红外吸收光谱和980 nm激光抽运下上转换发光光谱，分析了上转换发光机制.基于Tm³⁺和Yb³⁺的能级图及上转换机制建立了速率方程，得出了稀土离子各能级的粒子数分布密度以及Tm³⁺与Yb³⁺之间的能量转移系数C_bi(i=0, 1,3).结果表明，随着PbO加入，Yb³⁺:²F_5/2与Tm³⁺:³H₄间的能量转移不断增加，上转换蓝光的发光强度明显增强. 关键词： 碲酸盐玻璃 上转换发光 能量传递 速率方程