[发明专利]基于Ho3+

说明书

本发明公开了一种基于Ho³⁺离子掺杂的ZBLAN玻璃材料、玻璃微球、微球激光器的制作方法，涉及微腔激光器技术领域。具体公开了一种Ho³⁺离子掺杂的ZBLAN玻璃材料，所述玻璃材料的摩尔组成按化学式表示为：53ZrF₄‑19BaF₂‑4LaF₃‑3AlF₃‑20NaF，并掺杂浓度1mol％的Ho³⁺离子，以上各组成摩尔百分比之和为100％。另外，还公开了一种Ho³⁺离子掺杂的ZBLAN玻璃微球的制备方法以及一种基于Ho³⁺离子掺杂的ZBLAN玻璃微球的激光器的制备方法和调节方法。本发明具有低阈值、窄线宽等优点，且制备方法简单，可实现2μm波段激光器的小型化和集成化。本发明得到的2μm波段近红外激光，可以应用于量子通讯、高灵敏度传感、集成光学等诸多领域。

技术领域

本发明涉及微腔激光器技术领域，尤其涉及一种基于Ho³⁺离子掺杂的ZBLAN玻璃材料、玻璃微球、微球激光器的制作方法。

背景技术

近年来，波长约为2.0μm的人眼安全波段激光在激光医疗系统、相干激光雷达、激光成像、中红外遥感化学传感、中红外激光泵浦源等领域的应用已引起广泛关注。常见的能够产生2.0μm激光辐射的稀土离子包括铥离子(Tm³⁺)和钬离子(Ho³⁺)。Tm³⁺离子在常用的793nm或808nm半导体激光器的激发下，Tm³⁺:³F₄→³H₆跃迁过程可产生2.0μm波段的激光。学者们已经对Tm³⁺掺杂的2.0μm光纤激光器展开了大量的研究。

Ho³⁺:⁵I₇→⁵I₈跃迁同样可产生2.0μm波段的激光。然而Ho³⁺不能用常见的980或808nm商业激光二极管直接泵浦。根据Ho³⁺掺杂ZBLAN玻璃的吸收光谱，Ho³⁺在1150nm波段附近具有强烈的吸收，因此，本发明利用1150nm拉曼激光器直接泵浦Ho³⁺离子得到了2.0μm波段的激光。

高品质因子(Q值)的回音壁模式(WGM)微腔由于其在低阈值、窄线宽激光器和拉曼激光器的潜在应用，已经成为学者们的研究热点。基于WGM模式的微球腔具有很强的光限制能力，具备比其他微腔结构跟高的Q值，因此可实现低阈值和高耦合效率的激光器。目前，微球激光器介质材料主要集中在碲酸盐、磷酸盐、二氧化硅和氟化物玻璃材料。与其他玻璃材料相比，氟化锆基玻璃具有声子能量低，透过窗口宽，对稀土溶解度高，受激发射截面大等优点，从而具有高增益效果。另外，由于其玻璃转变温度低，因此可以在相对较低的温度下制备成微球。ZBLAN玻璃是一种著名的氟化锆基玻璃，具有宽的透明窗口(λ～0.22-6μm)和低声子能量(580cm^-1)，已在光纤激光器和放大器中得到了广泛的应用，并且表现出优异的光学性能。

随着光信息技术的发展，对于光学器件的尺寸要求日益增高。玻璃微球以其极高的Q值和极小的模式体积特性在低阈值激光发射、集成光学、非线性光学、传感和量子通讯等领域有着广阔的发展前景。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于Ho³⁺离子掺杂的ZBLAN玻璃微球激光器，可产生2μm波段低阈值的激光发射。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何制备一种基于Ho³⁺掺杂的ZBLAN氟化锆基玻璃微球激光器，以实现低阈值2μm近红外波段的激光输出。

为了解决上述问题，本发明提出以下技术方案：