Tm3+-Yb3+共摻材料制備與激光性能研究.pdf

1、21世紀是信息時代，建立高速、大容量的全光通信網(wǎng)絡成為新的研究目標。波分復用(WDM)技術的發(fā)明以及20世紀90年代研制成功的摻鉺光纖放大器(EDFA)，使得信息大容量、超長距離傳輸成為可能。傳統(tǒng)的EDFA以石英為基質材料，主要工作在C波段(1530～1560nm)。但隨著互聯(lián)網(wǎng)不斷的發(fā)展，目前已不能滿足系統(tǒng)要求。新一代光纖通信網(wǎng)絡對S波段(1450nm～1520nm)光放大的需求日漸升高，但是以Er3+離子為發(fā)光中心的EDFA無法完成

2、這一波段的光放大，因此研究其他稀土元素的發(fā)光特性，進而研制新型S波段的光纖放大器顯得尤為重要。
　　 現(xiàn)有的光纖主要以硅化物做為基質材料。相比于硅化物材料，碲化物材料在穩(wěn)定性、耐腐蝕性和稀土離子可溶性等多方面具有優(yōu)勢，然而此方面的研究還相對較少。本研究首先制備了多種摻Tm以及Tm與其他稀土離子共摻的碲化物材料，通過實驗獲得了Tm3+離子在Tm與其他稀土離子共摻材料中的光譜特性，并對其進行了理論分析。隨后制備了Tm/Yb共摻光纖，

3、測試了其光學性能，并搭建了諧振腔增強型光纖放大器平臺，為進一步研制高性能摻銩光纖激光器和放大器奠定了基礎。并且在研究中發(fā)現(xiàn)Tm/Yb共摻材料具有成為優(yōu)秀藍光激光材料的潛質，研究了Tm/Yb共摻材料的激光性能。論文的主要研究工作概括如下：
　　 (1)制備了單摻Tm的碲化物玻璃，制備了多種組分不同的Tm與Yb，Er，Nd等稀土元素共摻的碲化物玻璃，制備了Tm/Yb共摻的碲化物光纖。為測試Tm在稀土元素摻雜的碲化物材料中的特性做好了

4、準備。
　　 (2)對制備的碲化物材料進行了熒光光譜研究。分別采用980nm、808nm半導體激光器為泵浦源，泵浦稀土摻雜的碲化物材料，測得了不同稀土離子摻雜的碲化物材料的熒光光譜。首次發(fā)現(xiàn)了Tm在Tm/Yb共摻材料中890nm熒光發(fā)射，1370nm熒光產(chǎn)生同時原本屬于Tm特征譜線的1470nm熒光消失的現(xiàn)象。對產(chǎn)生的譜線進行了分析。并且在Tm/Yb共摻的碲化物玻璃中觀察到明顯的藍光，證實了能級的上轉換。
　　 (3)利

5、用J-O理論計算了摻Tm碲化物玻璃與不同組分的Tm/Yb共摻碲化物玻璃的光譜特性。首次得到了Tm/Yb共摻碲化物玻璃的光譜參數(shù)。通過理論計算，分析解釋了在Tm/Yb共摻玻璃的熒光測試中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象，表明Yb離子在共摻材料中比例十分重要，會影響到材料中Tm離子的發(fā)光特性，這對實現(xiàn)s波段光放大至關重要。
　　 (4)研究了Tm/Yb共摻碲化物光纖的特性，通過合理設計解決了碲化物光纖易斷裂以及不能與普通硅光纖直接熔接的問題。搭建了T

6、m/Yb共摻諧振腔增強型光纖放大器平臺，進行了諧振腔增強型光纖放大器的研究。
　　 (5)對Tm/Yb共摻碲化物材料激光特性進行了研究，進行了Tm/Yb共摻材料藍光激光實驗，研究表明Tm/Yb共摻晶體材料有望成為優(yōu)秀的藍光激光材料和人眼安全的1.5～2μm激光材料。開始進行生長Tm，Yb：KLu(WO4)2晶體。
　　 本論文主要創(chuàng)新點如下：
　　 1：制備了多種組分不同的Tm與Yb，Er，Nd等稀土元素共摻的碲

7、化物玻璃，制備了Tm/Yb共摻的碲化物光纖。對Tm在稀土元素摻雜的碲化物材料中的特性進行了研究。
　　 2：首次發(fā)現(xiàn)了Tm離子在Tm/Yb共摻材料中890nm和1370nm處發(fā)射的明顯熒光，并且發(fā)現(xiàn)在1370nm熒光產(chǎn)生同時原本屬于Tm離子本征發(fā)射譜線的1470nm熒光的消失，根據(jù)Tm，Yb能級結構對此現(xiàn)象進行了分析解釋。
　　 3：首次理論計算了Tm離子在Tm/Yb共摻材料中的光譜參數(shù)，發(fā)現(xiàn)共摻材料中Yb離子的存在影響

8、了Tm離子的能級結構，并印證了Tm離子新熒光產(chǎn)生和原有本征譜線消失這一現(xiàn)象。
　　 4：首次發(fā)現(xiàn)Tm在Tm/Yb共摻碲化物材料中的發(fā)光特性會隨材料中Tm，Yb摻雜比例不同而發(fā)生改變，并對此進行了解釋。
　　 5：準備加工了Tm/Yb共摻碲化物光纖器件，搭建了諧振腔增強型光纖放大器平臺，并進行S波段光放大的測試。
　　 6：熒光測試得到了Tm/Yb共摻材料的480nm上轉換藍色熒光，首次提出了將Tm/Yb共摻鎢酸鹽