《中紅外硫系玻璃微球雷射器的研究》是依託寧波大學，由吳越豪擔任負責人的國家自然科學基金資助青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：中紅外硫系玻璃微球雷射器的研究
- 依託單位：寧波大學
- 項目負責人：吳越豪
- 項目類別：青年科學基金項目
項目簡介,結題摘要,
項目簡介
中紅外雷射器在生物感測、光譜分析、非線性光學等領域有廣泛的套用。本項目提出研究一種基於稀土離子摻雜硫系玻璃的中紅外微球雷射器，旨在將硫系玻璃良好的稀土溶解性、優良的紅外透過性、較高的折射率等優點與微球諧振腔的小體積能耗、高品質因數等優點相結合，實現一種低泵浦閾值、窄譜線頻寬的微型中紅外雷射器。本項目擬採用硫系玻璃光纖錐以倏逝波的形式為硫系微球導入泵浦光，通過米氏散射理論和模式耦合理論最佳化微球和光纖錐的設計，提升泵浦耦合效率；擬根據硫系玻璃的熱力學特性最佳化制球爐具的溫度分布以及保護氣體流速等參數，提升微球表面質量、球形度以及產量；擬通過微腔電磁場理論探明微球在泵浦光熱效應作用下雷射譜線平移的機理，並設計合理的溫控裝置提升微球雷射輸出的穩定性。通過本課題的研究，有望在微球諧振腔耦合理論、硫系微球製備及微球雷射譜線平移機理等領域取得新的研究進展，為硫系玻璃在紅外光電領域的套用提供一種新的思路
結題摘要
中紅外雷射器在生物感測、光譜分析、非線性光學等領域有廣泛的套用。本項目主要利用了硫系玻璃/碲酸鹽玻璃等新型紅外材料製備了工作於2微米附近中紅外波段的微型迴廊模諧振腔，並探索了此類諧振腔在溫度感測領域的套用。考慮到硫系玻璃在高溫時容易出現的析晶問題，本項目選用了加工溫度相對較低的漂浮粉末熔融法製備微球諧振腔，自製了相關的加熱爐具，並選取了一種低熔點硫系玻璃（Ge-Ga-Sb-S玻璃，簡稱2S2G玻璃）作為微球製備的基質材料，在約650oC的較低溫度下成功製備出品質因數（Q值）大於十萬的微球諧振腔，並驗證出這些微球的迴廊模諧振峰有28pm/oC的溫度回響特性。在此基礎上，本項目一方面積極開展最佳化硫系玻璃微球質量的研究工作；一方面探索使用碲酸鹽玻璃作為2微米微球諧振腔的替換材料。項目組利用氣氛保護的漂浮粉末熔融裝置製備出了Tm3+離子摻雜的2S2G硫系玻璃微球諧振腔，成功表征出了1.9微米附近的微球雷射峰和約29.56pm/oC的溫度感測特性。項目組也分別利用了Tm3+-Ho3+共摻的硫系玻璃和碲酸鹽玻璃製備出了可激發出2微米附近雷射峰的中紅外微球雷射器。針對微球雷射器泵浦效率不高的問題，項目組發現了微球在光纖錐耦合泵浦時會發生一種折射漏光現象，並探究了一種利用金屬漫反射面控制漏光的實驗方法，提升了微球的泵浦效率以及降低了微球雷射的閾值。項目組也利用了碲酸鹽玻璃具有較為穩定的熱學特性的優點，研究了在微球諧振腔的基礎上採用一種自製熱壓裝置製備微盤諧振腔的工藝方法，成功製備出了Q值在十萬以上，且可以激發出2微米附近雷射的微盤雷射器。相對於微球雷射器，微盤雷射器具有更小的模式體積，可更有利於微球與其它微納光子器件的耦合以及更容易在微腔中實現光學非線性效應。
