基於YbTm摻雜玻璃的上轉換波導雷射器機理研究

《基於YbTm摻雜玻璃的上轉換波導雷射器機理研究》是依託吉林大學，由何春鳳擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於YbTm摻雜玻璃的上轉換波導雷射器機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：何春鳳
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

全固態短波長雷射器在微電子、高密度光存儲等許多領域有著重要的套用價值，是雷射器研究的一個焦點。利用紅外半導體雷射器泵浦稀土摻雜波導材料而產生的上轉換激射是實現全固態短波長雷射器的一個重要途徑。本項目在前期工作基礎上通過對多光子高階上轉換激射過程、Tm3+/Yb3+共摻波導材料的製備等問題的深入探討，從基本物理（動力學）過程、材料實現條件和相關器件原理等三個方面展開系統的研究。根據材料的光學性質,確定玻璃波導的增益長度。項目創新點在於採用由波導自身的二個端面構成雷射器的諧振腔，這種腔型結構的波導雷射器製作工藝簡單，預期以低廉的成本製備出980納米雷射泵浦的Tm3+/Yb3+共摻上轉換玻璃波導雷射器，實現474nm以及短波紫外362nm連續雷射輸出，得到此類材料在構造上轉換玻璃波導雷射器中的關鍵參數，為發展相關關鍵技術提供具有自主智慧財產權的功能性材料與器件設計製備提供依據。

結題摘要

全固態短波長雷射器在微電子、高密度光存儲等許多領域有著重要的套用價值，是雷射器研究的一個焦點。利用紅外半導體雷射器泵浦稀土摻雜波導材料而產生的上轉換激射是實現全固態短波長雷射器的一個重要途徑。因此對基於YbTm摻雜玻璃的上轉換波導雷射器的機理進行研究具有重要的科學意義。為了在實驗上實現基於稀土摻雜波導材料的紫外雷射輸出，理論上首先研究其上轉換激發過程和雷射過程的動力學行為。所以初始工作就是從理論上探討上轉換泵浦稀土離子摻雜的光纖材料產生紫外雷射的可行性。然後對燒制的波導體材料進行光譜測試，研究了在980 nm 半導體雷射激發下Tm，Yb共摻 ZBLAN 里 Yb3+ 敏化 Tm3+ 的可見和多光子紫外上轉換髮光。測量了吸收光譜和上轉換髮射光譜，指認了上轉換螢光峰的歸屬。樣品在可見以及近紅外光波段都有很強的吸收，而且在紫外部分的吸收也很強。在980 nm 雷射激發下，347 nm和363 nm 紫外上轉換髮光峰來自1I6→3F4和1D2→3H6的輻射躍遷。我們用功率依賴實驗證實了1I6、1D2和1G4能級的上轉換髮光分別是五光子、四光子和三光子上轉換過程，而3F3能級和3H4能級的上轉換髮光是雙光子上轉換過程。同時還研究了在980 nm 半導體雷射激發下ZBLAN：Yb3+/Er3+ 玻璃的上轉換髮光光譜。在上轉換髮光的短波處出現了對應於雙光子過程的2P3/2→4I15/2（318.8 nm）和4G11/2→4I15/2（380.6 nm）紫外發射，同時也發現了對應於三光子過程的 2H9/2→4I15/2 紫光發射。其中很重要的是，在ZBLAN波導基質材料中首次觀察到了分別來自於2P3/2能級和4F5/2能級的紫外318.8 nm和紅色625.2 nm的發射。採用了熱離子交換的方法製作了波導結構，但是製備出的平板光波導表面存在很多很大的坑狀缺陷。也正是因為波導端面的精度差，影響了雷射淨增益以及成功形成雷射諧振腔。另外，這種2端面的不平行性，對雷射器諧振腔的構成，產生了很大的負面影響，並使得最終沒能實現雷射的輸出。