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上转换蓝绿光目前在光通信、光纤传感、高密度数据存储、三维显示、激光医疗等民用及军用领域显示出极大的应用前景。到目前为止,除了在氟化物玻璃基质中实现了上转换激光的输出,还没有见到基于更具实用性的氧化物玻璃基质的短波长蓝绿光纤激光器的突破性成果报道。本研究重点在于优化用于实现上转换蓝绿激光输出的双包层多组分玻璃光纤性能,实现氧化物玻璃基质中上转换蓝绿光纤激光器的技术突破。
本文选择钡镓锗玻璃系统15BaF2-12Ga2O3-70GeO2-2.61LaF3-0.13Er2O3-0.26Yb2O3(mol%)作为光纤基质,采用了固相除水法和反应气氛法对玻璃基质除OH。结果表明:采用反应气氛法可以达到更好的效果,通入干燥O2和CCl4进行鼓泡除水20 min,使OH-吸收系数降为0.56 cm-1,OH-浓度约降低到了原来未经除水时的1/11,545 nm的绿光发射强度提高了2.8倍。
通过建立粒子数传输方程模型,对Er3+/Yb3+共掺钡镓锗玻璃中铒离子4I13/2能级寿命曲线进行了拟合,得到了Yb3+→Er3+正向能量传递、Er3+→Yb3+反向能量传递、上转换能量传递系数,并与Forster-Dexter理论计算结果较好的吻合。从而计算了不同泵浦速率下4I13/2和4S3/2能级的粒子数反转情况。在976 nm LD泵浦速率约为1.7×1022 cm-2s-1时得到了4I13/2能级的粒子数反转,而4S3/2能级的粒子数反转所需泵浦速率大约是前者的30倍。研究表明Er3+→Yb3+反向能量传递对该Er3+/Yb3+共掺系统有很大影响。在此基础上建立了双泵浦光纤中粒子数方程和传输方程,数值模拟了阈值以下545 nm荧光强度的增长趋势,验证了模型的有效性;并得到了激光阈值泵浦功率等,为双包层光纤激光器的优化设计提供了理论依据。
建立了双端泵浦Er3+/Yb3+共掺D型双包层光纤激光器的实验系统。对掺Er3+/Yb3+共掺双包层光纤激光器的关键技术进行探索,以泵浦功率均为0.80 W的976 nm和804 nm的LD双端泵浦条件下,获得了线宽为5nm的545nm荧光输出,输出功率达到2.51 mW。