PDF《Tm2 O3 掺杂锗酸盐玻璃 2 μm 波段连续激光输出》

3 + 的介质材料成为产生近红外 波段激光的优质增益材料. 0402004-1 中国激光稀土离子掺杂的玻璃材料由于其良好的性能而 被广泛应用于传统激光器和光纤激光器中, 并且已 经成为研究光纤激光器和光纤放大器等光纤光子器 件的技术关键[ 5] .与其他玻璃材料相比, 锗酸盐玻 璃有较高的折射率, 宽广的红外透过范围(

0 .

4 ~

5 .

0 μ m) ,良好的热稳定性, 对稀土离子高的溶解性 等特点,从而成为激光基质的可选材料[

6 ~ 9] .锗酸 盐玻璃较低的声子能量( 约900 cm-1 [ 10] ) ,有望有效 抑制 Tm3 + 的无辐射过程,从而大幅度提高 Tm3 + 在 玻璃中的发光效率.同时, 锗酸盐玻璃良好的玻璃 成形能力和较好的物化性能, 非常适宜于制备光纤 预制棒并能够拉制出高质量的光纤[ 11] .近年来各 种Tm

3 + 掺杂锗酸盐玻璃在

2 μ m 波段的光谱性能 研究 [

12 , 13] 以及高效率的掺 Tm

3 + 锗酸盐玻璃光纤激 光器的研究[

14 , 15] 均有很多相关报道, 但掺 T m3 + 锗 酸盐玻璃固体激光器的研究工作较少.2009 ~

2010 年,F . Fusari 等[16 , 17] 在掺 Tm

3 + 的GPNG 玻璃上实 现了

2 μ m 激光的连续输出, 采用钛宝石激光抽运 得到的最高输出功率为

190 mW , 斜率效率为

50 % ( 相对于吸收抽运光功率) ,中心波长位于

1952 nm . 对不同组分的掺杂锗酸盐玻璃的激光特性研究 和物化性能分析是寻找更好的锗酸盐玻璃材料的有 效途径.本文采用

790 nm 波段钛宝石激光作为抽 运源 ,在Tm2 O3 掺杂的新型 FGe 玻璃上实现了

83 mW连续激光运转 ,中心波长位于

1968 nm .如 果对此玻璃采用增透膜处理可以获得更高功率的激 光输出,将来有望发展成为新型锗酸盐玻璃光纤激 光器 .

2 实验装置 实验中采用的增益介质为中国科学院上海光学 精密机械研究所提供的掺杂摩尔分数为

1 %的Tm2 O3 的GeO2-Ga2 O3-BaF2-M O/F2 ( FGe) 玻璃 , 尺寸为

4 .

5 mm *

4 .

5 mm *

7 .

6 mm .Tm3 + 的粒子 数密度为

4 .

20 *1020 cm -3 .图1给出了掺杂摩尔 分数为

1 % 的Tm2 O3 的FGe 玻璃的吸收截面和发 射截面曲线 , 在吸收峰

790 nm 处的吸收截面为

5 .

89 * 10-21 cm2 ,在发射峰

1898 nm 处的发射截面 为4 .

07 *10 -21 cm

2 .采用 FLSP920 荧光光谱仪测 试了玻璃的荧光寿命 ,测试结果为

6 .

3 ms .玻璃的 两端面均未镀膜 . 实验中采用的抽运源为商用钛宝石激光器 ( Tsunami , Spectra-Physics) , 工作在锁模输出模式, 脉宽为

60 ps,重复频率为

80 MHz ,采用脉冲激光抽 图1掺杂 Tm2 O3 的FGe 玻璃的吸收截面和 发射截面曲线 Fig.

1 Absorption cross section and emission cross section of the Tm2O3 doped FGe glass 运是为了降低增益介质上的热存储从而提高其抗热 能力,因为FGe 玻璃的热导率只有0 .

67 W/( m ・K) . 实验装置采用如图

2 所示的四镜折叠腔结构.其中 M1 ,M2 为曲率半径

100 mm 的宽带双色凹面镜,其对790 nm 波段抽运激光透射率大于

95 %,对1900 ~

2100 nm 波段的反射率大于99.

9 %.抽运光通过一 块焦距为

100 mm 的凸透镜 L 聚焦到增益介质中. 为了避免损伤增益介质,激光介质用铟箔包裹后夹持 在紫铜冷却片内,实验过程中采用循环水系统对紫铜 晶体夹进行冷却,水温维持在

12 ℃ 左右.采用透射 率分别为1 .