掺铒型磷酸盐玻璃激光材料
LD泵浦的Er3+,Yb3+共掺杂磷酸盐铒玻璃激光性质
LD泵浦的Er3+,Yb3+共掺杂磷酸盐铒玻璃激光性质柳祝平;胡丽丽;戴世勋;祁长鸿;姜中宏【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2002(023)003【摘要】研究了三种不同铒离子浓度的Er3+,Yb3+共掺杂磷酸盐铒玻璃的光谱性质和激光性质,用2w,974nm半导体激光器作为泵浦源,在Er3+离子浓度为0.12×1020/cm3,0.48×1020/cm3,0.88×1020/cm3的Er3+,Yb3+共掺杂磷酸盐铒薄片玻璃中成功地实现了室温连续激光输出.讨论了铒离子掺杂浓度和样品厚度对激光性质的影响.通过比较发现在Yb3+离子浓度相当的条件下(1.5×1021/cm3),掺铒离子浓度为0.48×1020/cm3,厚度为2mm的铒玻璃具有较好的综合激光性能.它的最大激光输出功率达到43mw,斜率效率为10.2%,激光阈值为118mW,激光光谱范围为1527～1533nm,激光峰值波长为1530nm.【总页数】5页(P238-242)【作者】柳祝平;胡丽丽;戴世勋;祁长鸿;姜中宏【作者单位】中国科学院上海光学精密机械研究所,上海,201800;中国科学院上海光学精密机械研究所,上海,201800;中国科学院上海光学精密机械研究所,上海,201800;中国科学院上海光学精密机械研究所,上海,201800;中国科学院上海光学精密机械研究所,上海,201800【正文语种】中文【中图分类】O482.31【相关文献】1.Er3+/Yb3+共掺杂磷酸盐微晶玻璃的光谱性质 [J], 王睿;韩霈泽;于晓晨;王垒;骆兰军;宋峰2.Yb3+/Er3+共掺杂TeO2-WO3-ZnO玻璃的光谱性质 [J], 李家成;李顺光;胡和方;干福熹3.荧光俘获效应对Er3+/Yb3+共掺杂碲钨酸盐玻璃光谱性质的影响 [J], 李家成;李顺光;胡和方;干福熹4.微型化LD泵浦Er3+,Yb3+共掺磷酸盐玻璃被动调Q激光器 [J], 郭猛;惠勇凌;王万祎;姜梦华;雷訇;李强5.LD泵浦的镱铒共掺磷酸盐玻璃的光谱性质和激光性质 [J], 赵士龙;徐时清;李顺光;陈宝玉;胡丽丽因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
闪光灯泵浦铬镱铒共掺磷酸盐玻璃的激光性质的开题报告
闪光灯泵浦铬镱铒共掺磷酸盐玻璃的激光性质的开题报告题目：闪光灯泵浦铬镱铒共掺磷酸盐玻璃的激光性质的研究1.研究背景随着现代科技和工业的发展，越来越多的应用需要大功率激光。
为了满足这些需求，研究开发高性能的激光材料成为了必要的任务之一。
铬镱铒共掺磷酸盐玻璃具有较高的荧光效率、较大的吸收截面和较长的荧光寿命，可以被广泛地应用于激光技术、遥感探测等领域。
此外，闪光灯泵浦激光器具有快速高效、操作简便等优点，被广泛应用于科学研究和工业生产。
研究铬镱铒共掺磷酸盐玻璃在闪光灯泵浦下的激光性质，对于提升激光器的性能具有重要意义。
2.研究目的本论文旨在研究闪光灯泵浦铬镱铒共掺磷酸盐玻璃的激光性质，包括荧光寿命、荧光光谱、吸收截面、发射截面、激发光谱等，并进一步探究其在闪光灯泵浦下的实际应用效果，为激光器性能的提升提供理论和实验的支持。
3.研究内容和方法本论文将主要从以下几个方面进行研究：1）铬镱铒共掺磷酸盐玻璃的制备和性质分析制备具有不同浓度的铬镱铒共掺磷酸盐玻璃，测试其吸收光谱、荧光光谱、荧光寿命等性质，并结合SEM、XRD等仪器分析其微观结构和晶体结构。
2）激光性质的研究测定铬镱铒共掺磷酸盐玻璃的荧光光谱、吸收截面、发射截面、激发光谱等，了解其激光性质。
3）闪光灯泵浦下的实验研究利用闪光灯泵浦设备对铬镱铒共掺磷酸盐玻璃进行实验研究，探究其在实际应用中的激光性能、脉冲重复率、最大输出功率等特性。
4）数据处理与分析根据实验数据，进行数据处理、分析和结果展示，得出结论。
4.研究意义本研究在于探究铬镱铒共掺磷酸盐玻璃在闪光灯泵浦下的激光性质，为提升激光器性能提供理论支持和实验依据。
此外，该研究也为铬镱铒共掺磷酸盐玻璃在遥感探测、加工制造等领域的应用提供了重要的数据和结论支持，促进了激光技术的发展和应用。
Fe对掺钕磷酸盐激光玻璃激光性能的影响
１ 理 论 分 析
１ １ 光 吸 收 损 耗 ．
文章 编 号 ： ｉ０ —３ ２ ２０ ）５０ １ —４ ０ １ ２ （０ ６ ０ —８ ５０ ４
Ｆ ｅ对 掺 钕 磷 酸 盐激 光 玻 璃 激 光 性 能 的影 响
徐永春， 李顺光， 温 磊， 陈 伟， 胡丽丽
（ 国科 学 院 上 海 光 学 精密 机 械 研 究 所 ，上 海 ２ １ ０ ） 中 ０ ８ ０
中 图分 类 号 ： ＴＱ ７ ． ３ １ １７ ５ 文献 标 识 码 ： Ａ
掺钕磷 酸盐 激光 玻璃 具有储 能 高 ， 激发 截面 大 ， 受 荧光 寿 命 长等 特 点 ， 且容 易 制备 成 大 尺 寸且 光 学均 匀 并 性 好 的玻璃 。因此在 美 国 、 欧洲 和 亚洲 的一些 高功率 激光 系统 中都被 广泛 用作 放大器 工作 物质 ［ ］ １ 。现 今在 国
的 ； 是 杂质 Ｆ ａ ｅ的光 吸收损 耗 ； 是其 它过 渡金属 和稀 土杂 质 的光吸 收损 耗 。由 于玻 璃样 品都 经过 精 密抛 ∑
光 ， 且 缺陷及 颗 粒含 量很 少 ， 引起 的散 射损耗 一 般低 于 １ ｃ １ 并 所 ０ ｍ－［ 公 式表 达 。 ］ 因此 ， 掺钕 磷 酸 盐激 光 玻璃 光 学 总 损耗 主要 是 由 Ｎｄ 离 子 吸收损 耗和 杂质光 吸 收损 耗 引起 。Ｎｄ ¨在 １０ ３ｎ 处 的吸 收 损 耗可 以用 以下 经 验 ５ ｍ
掺杂稀土离子磷酸盐激光玻璃研究进展及其应用
璃 。 里主 要介 绍 肖特公 司 在 ２ 这 ０世纪 ９ ０年代 开发 出 的一 种用 于 Ｎ Ｆ装 置 的低二 阶非 线性 系数 ， 受激 发 Ｉ 高
射 截 面的 Ｌ 一 ７ Ｇ ７ ０新 型磷 酸盐 钕玻 璃 ， 以及 中科 院上 海 光 机 所 开 发 的用 于 神 光 装 置 的 Ｎ １磷 酸 盐 钕 玻 ３
公 司 （Ｃ Ｔ ） Ｌ 一 ５ ，Ｇ ７０ Ｌ 一 ７ ， Ｓ ＨＯ Ｔ 的 Ｇ ７ ０ Ｌ 一 ６ ， Ｇ ７ ０ 日本 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
雅 （ Ｙ 公 司 的 Ｌ Ｇ ８ 中国科 学 院上海 光 机 所 的 ＨＯ Ａ） Ｈ 一， Ｎｌ ３ 玻璃 。 它们 多数具 有较 高 的受激 发射 截 面和 较小 的热光 系 数 ； 另一 类 是 用 于 高重 复 频 率 、 平 均 功率 高 的钕 玻 璃 ， 如 ： 例 肖特 公 司 的 Ａ Ｇ ｌＡＰ ２ ＨＯ Ａ Ｐ — ， Ｇ一 ， Ｙ 公 司的 Ｈ － 。它们 多数 为磷 铝 酸盐 玻璃 ， ＡＰ ４ 具有 较低 的线膨 胀 系数 、 高 的热 导 率 、 较 中等 或较 小 的受 激 发 射 截面 ， 合于 在激光 武器 或高 重 复频率 的激光 装置 适
最 早 的研 究 开始 于 ２ ０世 纪 ７ Ｏ年 代 ， 今 为 止 ， 迄 国内 外 先后 开发 了掺钕 磷 酸盐玻 璃 、 掺铒 磷 酸盐 玻璃 和 掺
镱 磷 酸盐玻 璃 。 它们 的常用 激 光波 长分 别 为 １ ５ ｎ ０ ３ ｍ， １ ３ ｎ 和 １ １ｎ 磷 酸盐 激光 玻璃 的应 用领 域 涵盖 ５ ５ｍ ０ ０ ｍ。
进 和提 高 ， 酸盐 钕玻璃 所 能承 受 的激光 能 流 密度 比 磷 过 去提 高 了 ５ １ ，更 有利 于满 足激 光 聚变 的应用 － ０倍 要 求 。 据应用 目的不 同 ， 光钕 玻璃 可 以分 成两类 ： 根 激
学术报告记录--掺铒高增益玻璃和光纤激光器
《学术报告记录》报告题目：掺铒高增益玻璃和光纤激光器主讲人：时间：地点：学术报告主要内容（可加页）：一、紧凑1.5μm的光纤激光器（1）优点：对人眼安全，为通信波段，弱非线性效应，尺寸紧凑，便宜。
（2）在紧凑型光纤激光器的制作过程中，首先要求增益要足够大；其次还要有适当的材料。
所需材料要满足：1.溶解度高的稀土离子且离子与离子相互作用相对比较弱；2. 在980nm波段要有比掺铒材料还大的吸收截面；3. 从Yb3+ 到Er3+，能量能有效的传递。
能满足上述条件的有掺Er3+- Yb3+共掺磷酸盐玻璃材料。
（3）近年来，亚利桑那大学，Peyghambarian的小组的主要研究成果2003年，获得了超过200mW的激光输出功率；2004年，激光在一个有着12nm 带宽的11厘米长的光纤中得到；2006年，在一个有着2nm带宽的3.5cm长的光纤中得到了输出功率为4.7W的激光输出（4）近年来，中国的小组的主要研究成果吉林大学在长度为13厘米的光纤中获得11mW的激光输出功率；中南科技大学从1.5cm光纤中得到的收益净额3.8dB；安徽大学在4cm长的光纤中得到了输出功率为3mW的激光输出。
二、稀土掺杂玻璃和纤维激光的研究过程稀土掺杂玻璃和纤维激光的大致研究过程为：先进行光学材料的制备，然后一方面测量光谱，并作理论分析，另一方面吧制备的材料拉制成光纤，再做激光器、放大器等。
在这方面，宋老师等做了不少的工作：首先对所选材料的吸收谱、激发光谱、发射光谱、上转换光谱、荧光寿命、喇曼谱等一系列参数进行测量，然后结合J-O理论、ET理论、非辐射理论、速率方程、McCumber理论、F-L方法等，得到材料的能级结构和光学参数、上转换和红外发射特性、辐射和非辐射跃迁机制、离子和基质材料之间的相互作用、材料的发光和激光性能等信息。
三、紧凑型掺Er3+、Yb3+共掺磷酸盐玻璃激光器1.连续掺铒玻璃激光器对于连续激光器，先由速率方程，进行数值模拟，得出理论值，然后搭建实验光路，得出实验值，再把实验值与理论模拟值进行比较，再看看激光器输出的稳定、上转换对激光器的斜率和阈值的作用等2.被动调Q开关掺铒玻璃激光器其研究思路和连续掺铒玻璃激光器的一样，也是先由速率方程，进行数值模拟，得出理论值，然后搭建实验光路，得出实验值，再把实验值与理论模拟值进行比较，再看看一些特性等。
铒镱共掺磷酸盐玻璃光波导的增益特性的研究
上海交通大学硕士学位论文铒镱共掺磷酸盐玻璃光波导的增益特性的研究姓名：娄娜申请学位级别：硕士专业：光学指导教师：金国良20070110铒镱共掺磷酸盐玻璃光波导的增益特性的研究摘要铒镱共掺光波导放大器是继半导体光放大器、掺铒光纤放大器以来又一具有发展前途的光放大器。
它具有短距离高增益、波导阵列、小型化成本低等优点。
本文分析了利用两步离子交换工艺在铒镱共掺磷酸盐玻璃衬底上制作的掩埋式光波导的理论特性，以及工艺参数对增益的影响。
求解扩散方程得到了光波导的杂质离子浓度分布、折射率分布以及通过求解二维标量波动方程得到了模场分布；本文在铒镱共掺磷酸盐玻璃波导放大器系统的速率方程和传输方程中，考虑上转换效应，并引入描述波导中信号光和泵浦光光场相互作用的重叠因子，以此讨论前后双泵结构与单前泵结构中，Er/Yb共掺比、上转换效应、损耗、泵浦光和信号光功率、泵浦光模数等因素对信号光增益的影响，并得到信号光增益光谱和放大自发辐射光光谱。
模拟结果表明与单前向泵浦相比，相同功率条件下，前后双向泵浦中，泵浦功率密度低且均匀分布，上转换效应被有效抑制，1532nm处信号光增益增大约2dB/cm，放大自发辐射光总功率提高。
前后双向泵浦同样可以减弱多模泵浦光对增益的负面影响。
数值模拟结果与实验值趋势基本一致。
关键词：光波导放大器，铒镱共掺磷酸盐玻璃，双向泵浦，重叠因子，上转换The Gain Characteristics of Waveguide Amplifier Based onEr/Yb-doped Phosphate GlassABSTRACTIn this paper, we fabricated the buried strip waveguide using two ion-exchange on the Er3+:Yb3+ co-doped phosphate glass substrate. By solving the two-dimension diffusion equation, we obtain the ion-diffused concentration distribution and refractive index distribution in the waveguide. The model used for analyzing the gain characteristics of Er/Yb-doped phosphate glass waveguide amplifier (EYDWA) with forward-backward pumped configuration (FBPC) is based on the rate and optical power propagation equations, including upconversion. An overlap factor, which considers the difference between signal and pump field intensity distribution in channel waveguides, is introduced to evaluate the gain of EYDWA. The results show that the gain of EYDWA is affected obviously by Er/Yb concentration, pump configuration and modes of pump light; under the same pump light power condition, FBPC can increase the gain of the device by 2dB/cm compared with FPC, and ASE is also higher than that in FPC at 1532nm; the decrease of the gain caused by the multimode of pump light can be efficiently minimized; the amplifier gain and ASE (amplified spontaneousemission) spectra are obtained and the experiment result agrees well with the numerical result.KEY WORDS: Optical waveguide amplifier, Er/Yb-doped phosphate glass, forward-backward pumped configuration, overlap factor, upconversion.上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
铒镱共掺磷酸盐玻璃与玻璃陶瓷光谱性质的研究的开题报告
铒镱共掺磷酸盐玻璃与玻璃陶瓷光谱性质的研究的开题报
告
研究背景：
随着现代光通信技术的快速发展，高效率、高速率的光纤通信系统已经成为现代通信领域的重要组成部分。
在光通信系统中，掺杂有稀土离子的光学材料，如铒镱共掺磷酸盐玻璃和玻璃陶瓷材料，已经成为非常重要的基础材料之一。
这种材料具有很高的荧光效率、优异的光谱性能和较长的衰减时间，因此在光纤通信领域有着广泛的应用前景。
研究内容：
本研究将对铒镱共掺磷酸盐玻璃和玻璃陶瓷材料的光谱性质进行研究，包括能级结构、荧光强度、发射寿命、吸收截面等基本特征的测量和分析。
通过比较两种材料的光谱性质差异，探究其物理本质，并寻求有效提高材料荧光效率和改进光纤通信性能的途径。
研究意义：
本研究将揭示铒镱共掺磷酸盐玻璃和玻璃陶瓷材料的光学性质，为其后续在光通信等领域的应用提供理论基础。
同时，本研究的成果将可以指导材料制备过程中的优化和调控，为研发高效率、高质量的光学材料奠定坚实基础。
研究方法：
本研究采用光谱技术对铒镱共掺磷酸盐玻璃和玻璃陶瓷材料进行光学特性测试，具体包括：吸收谱、荧光谱、荧光发射寿命测试等。
并在此基础上，通过比较两种材料的光学性质和结构差异，探究其光学效应的物理本质及对应的提升途径。
研究目标：
探究铒镱共掺磷酸盐玻璃和玻璃陶瓷材料光谱特性的差异，并深入分析、挖掘其光学效应的物理本质，最终为提高光纤通信性能提供理论基础及制备优质光学材料的指导方向。
铬镱铒共掺磷酸盐玻璃光谱和激光性质研究
ＣＨＥＮ ，ＬＩＳ ｕ ｇ ａ ｇ，Ｗ ＥＮ ｉ Ｌｉ ｈ ｎ— ｕ ｎ Ｌｅ ，ＸＵ ｎ — ｈ ｎ，ＨＵ —ｉ Ｙｏ ｇ ｃ ｕ Ｌｉｌ，Ｗ ＡＮＧ ａ Ｂｉｏ，ＣＨＥＮ ｅ Ｗ ｉ
（ ｈ ｎ ｈ ｉ ｎｔ ｕ ｆ ｐｉ ｎ ｉｅＭｅ ｈ ｉ ， ｈ ｈｎ ｓ ｃ ｄ ｍ ｆ ｃｅ ｃ ｓ Ｓ ａ ｇ ａ ２ １ ０ ， ｈｎ ） Ｓ ａ ｇ ａ Ｉｓ ｔｔ ｏ ｔ ｓ ｄ Ｆ ｎ ｃ ａ ｃ Ｔ ｅＣ ｉｅｅＡ ａ ｅ ｙ ｏ ｉ ｅ ， ｈ ｈ ｉ ０ ８ ０ Ｃ ｉａ ｉ ｅ Ｏ ｃａ ｎ ｓ Ｓ ｎ ｎ
Ｋ ｙｗ ｒｓｓ ｃ ｏｃｐ ； ｒ Ｙ ，Ｅ Ｏｄ ｐｄ ｐ ｏｐ ａｅｇ ￣ｓ ｙ — ｆ ｌ ｅ ｎｉｇ ｅ ｏｄ ：ｐ ｔ ｓｏｙ Ｃ ， ｂ ｒ —ｏ ｅ ； ｈｓｈｔ ｌ ｅ ｒ Ｃ ａ ｅｅｓ ｅ ａ ｒ ａｇ ｓ ａ ｓ ｒ ｎ
玻璃 为研 究 对 象 ， 璃 熔 制 所 用 原 料 均 为 分 析 纯 。 玻 铒激光玻璃工作于人眼安全波段和大气红外窗 按 配方 称取 ６ｇ左 右 的玻璃料 ， 合均 匀 ， 人 石英 ０ 混 倒 口， 匹 配于 石英 光纤 １ ５ ｎ 通讯 窗 口 ， 激光 测 坩 埚 中 ， 并 ５０ ｍ 在 再将 石英 坩埚 置 于 温度 约 １０ ￣ ３０Ｃ的硅 碳棒 距、 医疗 、 通 信 等 领 域 有 着 广 泛 的 应 用 … 。室 温 电炉 中熔化 ３ｍｉ， ０ ＋Ｃ Ｉ 光 ０ ｎ 用 Ｃ 除水 后 澄 清 １ｍｉ， ５ ｎ 下 Ｅ¨离 子 １４ ｎ ｒ ５０ ｍ激 光发 射首 先 在硅 酸盐 玻璃 中 将玻璃液浇注在铁模上 ， 移到预先升温的马弗炉中 待 实现 。上 世 纪 ８ Ｊ ０年 代 ， ａｏｔ ｖ等 确 认 了磷 酸 退火 ， 玻璃完 全冷 却 至 室 温 后 取 出 。将 玻璃 加 工 Ｇ ｐｎｓ ｅ ３ ｍ ２ ｍｍ× ｍ 三面 抛光 （ ５ｍ 两大 面 、 端 面 ） 一 盐玻璃 为铒 激光 玻 璃 最佳 基 质 Ｊ 。大 量 研 究 表 明 ， 成 １ ｍ × ４ 用 于测 量 吸收光 谱 和荧 光 光 谱 的样 品 ，以及 ３× ｙ¨对 Ｅ ¨离子具 有较 好 的 敏 化 效果 ， 且 其 吸 收 ｂ ｒ 并 ０ ５ ０—１ ６ ｎ 增 透 膜 用 于测 试 激 ５０ ｍ 带 匹配 ＩＧ Ａ 等 Ｌ 的发 射光 谱 。但 到 目前 为 止 ， ５ ｍｍ两 端 面镀 １ ３ ｎ ａｓ Ｄ 光性 质 的样 品 。 用于氤 灯抽 运 的铬镱铒 共 掺磷酸 盐玻璃 在军 用人 眼 折 射率 采用 最小偏 向法 测试 。密度采 用排水 失 安全激 光测距 方 面仍 占主 导 地 位 ， 研究 具 有 优 良的 Ｅ ＺＣ 光谱 和激光性 能 的铬镱铒 共 掺磷 酸盐玻 璃仍 具有 重 重法 测 量 。热膨胀 系 数用 德 国 Ｎ Ｔ Ｓ Ｈ 公 司生 产 的 Ｄ Ｌ４ ２ Ｃ 型 热 膨 胀 仪 测 试 。采 用 Ｐ Ｒ Ｉ — Ｉ ０ Ｐ Ｅ ＫＮ 要意 义 。 美 国 Ｋｇｅ公 司 已 研 制 了 Ｑ 一７ ｉｒ Ｅ Ｓ和 Ｌ ＲＬ Ｍ Ｄ ０ Ｕ ／ Ｉ／ Ｉ Ｑ ／ ｒ 镱 铒 共 掺 磷 酸 盐 玻 璃 Ｊ Ｘ Ｅ铬 。俄 罗 斯 科 学 院 Ｅ ＭＥ Ａ Ｂ Ａ９０ Ｖ ＶｓＮ Ｒ型分光 光 度仪 测 量 吸 收光 谱 。室 温 下 以 ５ｏ ｗ 的 ９４ ｍ Ｌ ０ｍ ７ ｎ Ｄ为 激 ＩＥ也开 发 了 Ｌ Ｓ— ｈ铬镱铒 共掺 磷酸 盐玻 璃 Ｊ Ｒ Ｇ ｋ 。 发光源测试 Ｅ ¨离子 的荧光光谱和寿命。激光实 ｒ 本 文研究 了用 于氤 灯 抽 运 的 Ｃｌ ｒ４—０ ５铬 镱 铒 验使 用 单 椭 圆镀 银 聚光 腔 ， 效 反射 体 长 度 为 有 共 掺磷 酸 盐 玻 璃 的 光 谱 和 激 光 性 质 。计 算 了 Ｅ¨ ｒ ７ ｍｍ。抽运 的 氤 灯 内径 为 ３ ５ ｍｍ， 间 距 为 ５ｍｍ。 极 ０ 离子的受激发射截面 ， 测定了 Ｅ¨离子的荧光寿命 ｒ 和玻璃 的热 光参数 等 ， 对 结果进 行 了讨 论 。 并 基金项 目： 国家 自然科学基金项 目（ ｏ ５ ５２ １ ） 上海 青年科 Ｎ ．０ ７ １０ ；
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磷酸盐激光玻璃除了掺Er3 +外，也可以与 Yb3 +离子共掺，通过Yb3 +离子(2 F5 /2 ) 能级与Er3 +离子(4 Ⅰ11 /2 )能级之间的能 量传递,以提高铒离子的抽运效率
当抽运光波长为980nm时，由于Yb3 +在此 波段的吸收截面比Er3 +大很多，所以大部 分泵浦光被Yb3 +所吸收,激发到第1激发态 (2 F5 /2 )上，被激发的Yb3 +把吸收到的能 量通过Yb3 + - Er3 +对转移给基态Er3 +
目前光纤放大器的基质材料大多为硅酸盐 玻璃，而硅酸盐玻璃的声子能量大，多声 子弛豫几率大，使得发光效率下降。因此 找一种工艺相对简单、声子能量又低的基 质材料是很必要的，磷酸盐玻璃正是集这 两种优点于一身的基质材料
先对新组份掺 Er3+ 、Yb3+磷酸盐玻璃 （简称NPRE-1）发光机理进行简单介绍
NPRE-1 型玻璃样品吸收谱
1.0
I4 11/
2
(Er3
)
2F5/
2
(Yb3
)
0.8
Intensity(a.u.)
0.6
0.4
G 4 11/ 2
H 2 11/ 2
F 4 7/2
F 4 9/2
0.2
300 450 600 750 900 Wavelength(nm)
NPRE-1 型玻璃样品吸收谱
曾有许多关于除水工艺的报道，包括真空 干燥、通干燥气体鼓泡、提高玻璃的熔炼 温度、延长熔炼时间以及在干燥大气中二 次熔炼等
目前比较有效且使用最多的方法是通干燥 气体鼓泡，并由气体携带入如CCl4之类的 有效除水剂(反应气氛法, RAP) ，获得了一 定的除水效果:
2 ( P - OH) →P - O - P +H2O
掺铒激光玻璃光学性质的成分依赖性是明显 的，如掺铒磷酸盐玻璃中磷的含量变化会直 接影响到J - O强度参数的改变，Ω2 的值随 着P2O5 含量的增加而增大
磷酸盐玻璃的除水
磷酸盐玻璃对水有强烈的亲和力，如果不 采取特殊的除水工艺，玻璃中将含有较高 浓度OH- ，它通过双声子猝灭机制和Er3 + 发生相互作用，导致Er3 +的4 Ⅰ13 /2能级 粒子的非辐射跃迁,对磷酸盐玻璃的发光性 能产生严重影响
Thank you！
1. 铒离子的浓度淬灭及其热淬灭引起的放 大器增益下降
2. 铒镱的能量反向传递及其能量上转换造 成的铒1530 nm信道光的削减
3. 泵浦耦合方式及其连接损耗造就的效率 低
4. 铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤的研制及其实 验
掺铒磷酸盐玻璃作为宽带放大器玻璃主动 光纤的重要组成部分,其基础研究会更加深 入和多元化,应用前景也将随着综合指标进 一步提高而更加广阔
1050
2.0x105 1.5x1.0x105 651
5.0x104 828
0.0 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 Wavelength(nm)
NPRE-1 型玻璃样品上转换荧光发射谱
0.10 0.09
美国NP Photonic公司研制出NP /MMP - 10 型掺铒磷酸盐光纤放大器(微型光纤放大器
EMFA)
采用8cm长的掺铒磷酸盐玻璃主动光纤,用 1W多模激光二极管泵浦, 在1535nm 的波段 获得峰值为43dB的高增益;在1550nm达到 27dB增益
EMFA的优点是结构紧凑，可作半导体激光 放大器( SOA)和掺铒波导放大器( EDWA) 的排列
这种光纤是以非晶态物质玻璃为基质，在 其中掺入一定量的稀土离子
玻璃具有可塑性好、易制作、成本低等优 点
稀土离子的能级丰富，可发出许多波段的 光，且其在不同的基质环境中可发出不同 波段的光
这些优点使得稀土掺杂的玻璃材料在现代 光纤通讯中有广阔的应用前景
掺铒光纤放大器在光纤通讯中的成熟应用 即是一例
稀土掺杂上转换发光玻璃材料由于可做为 半导体泵浦小型蓝、绿光固体激光器的工 作物质，成为争相研究的热点
掺铒磷酸盐激光玻璃所发激光波段位于 1530nm附近，为眼睛安全区域，因而广泛 应用于军事和测距等领域。另一方面，由 于1530nm波段处于通信第3窗口，掺铒光 纤放大器被广泛应用于光纤通信领域
固体发光原理
1、基质晶格吸收激发能 2、基质晶格将吸收的激发 能传递给激活离子
3、 被激活的离子发出荧光 而返回基态
发光材料吸收光子的能量，即发光材料吸收高能 量的短波辐射，发射出低能量的长波辐射，服从 斯托克（stokes）定律。
然而，却有一种发光现象恰恰相反：激发波长大 于发射波长，这称为反stokes效应或上转换现象。
掺铒型磷酸盐玻璃激光 材料简介
主要内容： 研究背景 掺铒磷酸盐玻璃光放大原理 NPRE-1型磷酸盐玻璃的研究现状及发展前景
目前，石英光导纤维的损耗已降至 0.2dB ／ｋｍ 以下，多种特殊光纤也层出不穷， 如双折射光纤、衰减场光纤、掺稀土元素 的光纤等
在这些光纤中，掺稀土元素的光纤由于具 有光放大的特性，能满足长途光纤通讯网 中继器的要求，成为目前国际上争相研究 的热点
研究重点
掺铒磷酸盐激光玻璃作为近年来出现的一 种新型光纤放大器增益介质，在实现宽带 通信系统中逐步扮演起重要角色
如何通过优化制造工艺和调整玻璃组分来 改善掺杂离子的发光特性成为目前磷酸盐 玻璃的研究重点
另外，虽然对磷酸盐玻璃的除水做了很多 工作，但是对除水机理还不是很明确
目前，铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤及其放大 器主要解决如下的几个问题，就能推进其 商品化及其应用
1966年法国Auzel在NaY(WO4)2:(Yb,Er)材料中 发现发射光子的能量大于吸收光子能量的上转换 发光现象。
掺铒磷酸盐玻璃利用铒离子作为放大媒质， 在泵浦光的作用下实现光放大，其原理可以 从铒离子的能级(见上页图)得到解释
铒离子常温下处于基态(4 Ⅰ15 /2 ) ,在泵浦 光的作用下产生受激吸收并激发至激发态(4 Ⅰ11 /2 ) ,然后绝大部分受激离子通过非辐 射跃迁至亚稳态(4 Ⅰ13 /2 ) 。铒离子在(4 Ⅰ13 /2 )与(4 Ⅰ15 /2 )之间实现粒子数反转, 构成激光上、下能级,相应的辐射波长处于 1550nm 附近,当1550nm光信号通过时,处于 上能级的铒离子将产生受激辐射,从而实现 对信号光的放大
CCl4 + 2H2O→CO2 ↑ + 4HCl↑
2 ( P - OH) +CCl4 →P - O - P + 2HCl +COCl2
掺铒磷酸盐玻璃的应用
到目前为止所报道的掺铒光纤放大器在 1535nm获得的单位长度上最大的小信号输 出增益为5dB / cm
Kigre公司牌号为MM - 2的磷酸盐玻璃被认 为是目前市场上最好的1. 55μm激光器和放 大器材料之一。该玻璃制成的光纤在4cm长 度下获得了20dB的增益，高出石英基质的 Er3 +光纤2个数量级
I4 13/ 2
I4 15 / 2
Intensity(a.u.)
0.08
0.07
0.06
1400
1500
1600
Wavelength(nm)
1700
NPRE-1 型玻璃样品近红外荧光光谱
成分变化对磷酸盐玻璃性质的影响
通过调整玻璃成分在很大范围内改变材料的 性质，包括物理化学性质和发光特性