2微米Ho3+单掺碲酸盐玻璃光纤的制备及激光性能研究

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2μm光纤激光器在军事、医疗、遥感探测、工业加工等方面有广阔的应用,近年来获得了研究人员的密切关注。本论文以研究适用于~2μm激光输出的光纤激光器为目的,对Ho3+单掺碲酸玻璃及光纤的光谱性质和激光性能进行了研究和分析。  本文共分五章详细阐述了我的工作。论文第一章概括了Tm3+、Ho3+等2μm激光器的产生、工作原理和应用,以及2μm激光玻璃材料的发展现状。  第二章主要介绍了文章中所涉及的实验方法和计算的相关理论,包括玻璃的制备方法、玻璃性质的测量、Judd-Ofelt理论、吸收和发射截面的计算等。  本文第三章叙述了Ho3+单掺玻璃基质组分60TeO2-30WO3-10La2O3(TWL)的初步选取缘由,研究了不同浓度Ho3+单掺TWL玻璃样品的光谱性质。Ho3+单掺TWL玻璃样品的羟基吸收系数为0.37-0.42 cm-1。通过样品的荧光强度对比,TWL玻璃中Ho2O3的最佳掺杂浓度为0.5 mol%(记为TWL3样品)。TWL3玻璃样品的发射截面峰值在2040 nm处取得,为6.97×10-21 cm2,较大的发射截面有利于Ho3+单掺TWL玻璃光纤的2μm发光。TWL3样品的J-O参数Ω2、Ω4和Ω6分别为6.1×10-20、3.63×10-20和1.3×10-20 cm2,进一步计算得到其Ho3+:5I7→5I8能级跃迁的自发辐射几率为206.45 s-1。分别测试了TWL3玻璃样品在295K、325 K和350 K下的荧光光谱和寿命,通过对比,没有观察到明显的变化。基于本章的分析,我们认为TWL玻璃很适合作为Ho3+离子单掺的~2μm激光输出的基质材料。  本文第四章详细介绍了Ho3+单掺碲酸盐块体玻璃及光纤的制备与测试。根据光纤参数要求,得到了内包层的组分为60TeO2-30WO3-9La2O3-1 GeO2(mol%)。通过改进玻璃制备工艺,解决了玻璃中含有气泡的问题。分析了Ho3+单掺碲酸盐复合光纤制备失败的原因,并在此基础上,成功制备了Ho3+单掺TWL双包层光纤,纤芯直径为14μm,数值孔径为0.12。利用实验室自主搭建的1940 nm掺Tm3+石英光纤激光器作为泵浦源,在一段9 cm长的Ho3+单掺TWL光纤中得到了最大功率34 mW的2040 nm激光输出,斜率效率约为3%。这是迄今为止,唯一在碲酸盐氧化物玻璃中获得的Ho3+激光输出。  本文第五章对全文工作进行了总结。
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