Tm3+摻雜玻璃光纖研究進展

錢國權，唐國武，吳敏波，錢 奇，陳東丹，楊中民

(1.華南理工大學，廣東省光纖激光材料與應用技術重點實驗室，廣州 510641;2.云南警官學院，治安管理學院，昆明 650223)

0 引 言

光纖激光的光束質量好,激光效率高,散熱性好并且穩定、可靠性高，已被廣泛應用于國防軍事、工業加工、生物醫療以及科學研究等領域[1-3]。2 μm波段(1.9～2.5 μm)激光位于人眼安全波長范圍，處于大氣光傳輸的低損耗窗口，并與CO、CO2和H2O等大氣分子的強吸收帶相匹配，在空間通信、生物醫療、環境監測、激光雷達和激光對抗等領域有重要應用價值[4-7],如美國已用2 μm波段光纖激光器進行遠程星際探測和大氣污染監測。

增益光纖是光纖激光器的核心材料，2 μm波段高性能光纖激光的核心研究內容之一是研制增益光纖。目前，實現2 μm波段光纖激光的激活離子主要有稀土離子Tm3+和Ho3+以及過渡金屬離子Cr2+[8-9]。Tm3+:3F4→3H6和3H4→3H5、Ho3+:5I7→5I8、Cr2+:5E→5T2躍遷分別能產生2.0 μm、2.31 μm、2.1 μm和2.3 μm的發光[9-11],其中，過渡金屬離子Cr2+在Ⅱ～Ⅵ族化合物的四面體晶體場中才能實現強的2.0 μm波段熒光發射，而在玻璃基質中發光較弱,受限于復合玻璃光纖制備和后處理技術，直至最近才在Cr2+∶ZnSe晶體半導體-玻璃復合光纖中實現 2.3 μm激光輸出，其性能與稀土摻雜玻璃光纖激光的差距較大[12]。稀土離子摻雜玻璃光纖目前仍在2 μm波段光纖激光中占據主導地位。Ho3+在2 μm波段具有較大受激發射截面和較長熒光壽命，但因缺乏相應的吸收帶，不能直接采用商用高功率808 nm或980 nm半導體激光器作為泵浦源，需在摻Ho3+玻璃光纖中共摻敏化離子(如Yb3+、Tm3+、Nd3+、Cr3+/Tm3+等)進行能量轉移才能實現2 μm波段激光輸出[13]。……