掺铒氟硫磷酸盐高增益激光光纤

作者：肖永宝; 邝路东; 王伟超^*; 姬瑶; 张勤远^*; 姜中宏

来源：科学通报, 2022, 67(10): 1012-1020.

• 光纤激光
• 激光玻璃
• 氟硫磷酸盐玻璃
• 玻璃性质
• 玻璃结构

光纤激光器是大功率激光、空间激光通信、引力波探测、地球磁力探测等国家安全与科学前沿领域的迫切和重大需求.稀土离子掺杂的高增益玻璃光纤是光纤激光器的核心工作介质.氟硫磷酸盐(fluoro-sulfo-phosphate,FSP)激光玻璃具有稀土溶解度高、受激发射截面大、光学光谱性质优异等特点,是高增益激光光纤的潜在候选.本文从玻璃形成区、玻璃结构与性质关系、掺稀土玻璃发光与激光角度系统研究了Al F3-R2SO4-RPO3/Zn(PO3)2(R=Li、Na、K)系列新型FSP玻璃.结果表明,热力学方法有助于简便快速地确定玻璃形成区,为该类新型激光玻璃设计提供指导.通过固体核磁共振谱、拉曼光谱、差示扫描量热分析、耐久性实验等揭示了Zn(PO3)2能够提高FSP玻璃的结构聚合度和阴阳离子相互作用强度,从而增强玻璃的抗析晶稳定性和化学耐久性等,为大尺寸玻璃制备和光纤拉制奠定基础.Er3+/Yb3+共掺FSP激光玻璃典型的Er3+:4I13/2→4I15/2跃迁(～1.5μm)的荧光寿命为5.9～7.5 ms,发射截面为8.5×10–21～9.0×10–21cm2,光谱品质因子最高为6.4×10–23cm2s,饱和强度最低为1.0×107W/m2,优于部分掺铒磷酸盐、氟磷酸盐激光玻璃.通过组分优化,本文制备了Er3+/Yb3+共掺FSP单模光纤,峰值增益达4.7 d B/cm@1535 nm.基于该光纤实现了阈值约为50 m W、斜率效率为11.3%的光纤激光.

• 出版日期2022
• 单位华南理工大学