[发明专利]一种宽带3.5微米发光的镨镱共掺氟铝玻璃的制备方法

说明书

本发明一种宽带3.5微米发光的镨镱共掺氟铝玻璃的制备方法，将化学原料按照摩尔百分比进行称重配制，然后充分研磨混合；将混合原料装入坩埚中，并在手套箱中，经过930摄氏度的高温炉熔化烧制；将熔化的液体倒入370摄氏度预热的铜板模具中，保持3小时，然后缓慢冷却至室温，获得不同浓度的镨镱共掺的氟铝玻璃。本发明制备的玻璃，具有良好的抗潮解性；制备工艺简单，可实现批量化生产；具有良好的光谱透过宽度和透过性能，在水分子吸收位置无明显可见的透过率降低情况；具有宽带3.5μm发光性能，用简单可靠的976nm激光泵浦即可实现该发光；在实现高功率3.5μm光纤激光领域具有重要的应用前景。

技术领域

本发明属于中红外玻璃发光、中红外光纤激光等领域，具体涉及一种宽带3.5微米发光的镨镱共掺氟铝玻璃的制备方法。

背景技术

3-5μm范围的中红外激光器因为处于大气衰减的最小窗口而受到了国内国外的广泛关注。有许多气体和有机分子的吸收峰在该区域，保证了中红外激光器在航天通信、大气监测、光谱学、国防等领域的应用。目前，产生中红外激光主要有两种技术：第一种是基于非线性光学效应，包括光参量振荡和差频产生。这类激光器通常结构复杂，电光效率低，光参量振荡器的晶体制备工艺复杂。第二种是通过量子阱半导体和过渡金属掺杂的II-IV半导体等增益材料实现。基于这些材料的固体激光器已经被深入研究并实现商业化，但是他们也拥有其他技术缺陷,例如很难实现高功率和获得良好的光束质量，在较高环境温度中还会极大降低激光输出效率。

与上述技术相比，中红外稀土掺杂光纤激光器在光谱范围、泵浦效率、稳定性和便携性等方面具有显著优势。在中红外激光器中应用最多光纤是ZBLAN(ZrF₄-BaF₂-LaF₃-AlF₃-NaF))光纤，自1985年以来得到了广泛的研究。ZBLAN光纤的应用已经涉及各个领域，并仍在不断完善中。但ZBLAN光纤存在严重的潮解问题，限制了其在许多领域的应用。氟铝玻璃和光纤是另一种用于可见光-近红外-中红外激光应用的氟化物材料，其结构和声子能量与ZBLAN玻璃相似，但与ZBLAN相比，其耐湿性要好得多。2010年，在掺镝的氟铝光纤中实现了黄色可见激光。在2000中，发现掺钕的氟铝光纤可用于1.3μm光纤放大器。2014年的研究发现钬镱共掺杂的氟铝玻璃可以用于2.85μm的发光。此外在2019年研制的钬镨共掺杂氟铝光纤激光器，也表明氟铝玻璃在中红外激光器领域具有很好的应用潜力。

目前大多数3.5μm中红外光纤激光器都是使用掺铒离子的光纤实现的，但由于铒离子的能级特性，638nm激光器的泵浦效率较低，导致3.5μm激光器的发光效率较低。为了提高泵浦效率，通常采用976nm和1976nm双波长泵浦作为泵浦源。2017年，覃治鹏等人实现了铒掺杂ZBLAN光纤的3.52-3.68μm可调中红外光纤激光器，通过加入黑磷饱和吸收镜，利用双波长泵浦的实验装置，也实现了在3.5μm波段的被动Q开关和锁模脉冲激光。F.Jobin等人在2018年首次使用类似的双波长泵浦实现增益切换光纤激光器。另一方面，单波长泵浦铒离子的研究早在1992年就开始了，但由于染料激光器或半导体激光器的高成本和使用条件的限制，其研究进展缓慢。虽然人们通过理论分析找到了一些提高泵浦效率的方法，铒离子掺杂的3.5μm光纤激光器仍然存在成本高、安装复杂的问题。同时，F.Maes等也发现双波长泵浦铒离子掺杂光纤激光器由于铒离子本身的激发态吸收而存在猝灭行为。

因此，基于上述的技术问题，我们首次提出在氟铝材料中，共同掺入镨镱两种稀土，在低廉的976nm激光二极管的泵浦下，即可实现了宽带的3.5μm发光，具有较高的创新型和前沿性，核心技术将在本专利中向大家展示。同时，基于我们发明的一种宽带3.5μm发光的镨镱共掺氟铝玻璃的制备方法，对实现氟铝材料的3.5μm中红外激光具有一定程度的启发作用。

发明内容

本发明的目的是解决玻璃材料中实现宽带3.5μm中红外发光的问题，通过选择合适的玻璃材料与合适的稀土离子，得到上述良好性能的玻璃。