[发明专利]一种中红外增益硫化物光纤及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光增益光纤及制备方法，特别是一种中红外增益硫化物光纤及制备方法。

背景技术

2.5～5μm中红外激光器在红外对抗、大气传感、环境监测和生物医学等领域均具有重要的应用，在过去几十年受到了广泛关注。目前，光学参量振荡器(OPO)和量子级联激光器(QCL)是使用较广泛的中红外激光光源。然而，OPO系统复杂，QCL存在激光稳定性问题，并且二者成本都比较高，这些缺点限制了其在实际中的应用。基于激活离子掺杂增益介质的固体激光器通常具有集成度高、效率高和成本低等优点，近年来备受关注。目前，中红外固体激光器面临的主要问题之一是缺少高质量的增益介质。在过去二十年间，研究人员对晶体和玻璃增益介质做了大量的研究和评估，并在稀土掺杂和过渡金属掺杂的晶体材料中获得了中红外2～5μm中红外激光输出。与晶体介质相比，玻璃具有易制备和易成型等优点，因此更利于制备高效率和低成本的激光器。硫化物玻璃具有较低的声子能量，以此类玻璃为基质的稀土掺杂增益介质被认为是一类极具潜力的中红外激光材料。然而现有稀土掺杂硫化物光纤的发光强度较弱，发光量子效率较低(<50％)，很难获得实际应用。

发明内容

本发明的目的是要提供一种中红外增益硫化物光纤及制备方法，解决现有稀土掺杂硫化物光纤在2.5～5μm中红外波段的发光强度弱或不发光、发光量子效率低的问题。

本发明的目的是这样实现的：采用如下技术方案：

中红外增益光纤包括光纤芯和光纤包层；光纤芯材料为稀土离子掺杂的Ga-Sb-As-S玻璃，光纤包层材料为Ga-Sb-As-S玻璃；光纤芯玻璃的折射率大于包层玻璃的折射率。

作为优选，所述的Ga-Sb-As-S玻璃的化学组成式为Ga_(1-x-y-z)Sb_xAs_yS_z，其中x＝0.28～0.32，y＝0.02～0.06，z＝0.55～0.65。

作为优选，所述的稀土离子为Dy³⁺,Er³⁺,Tm³⁺中的一种。

作为优选，所述的掺杂稀土离子的摩尔浓度为0.05％～1％。

中红外增益硫化物光纤的制备方法，该方法为棒管法，包括下述步骤：

(4)将光纤芯玻璃棒在软化温度附近拉制成玻璃细棒；

(5)将光纤包层玻璃棒沿中心轴钻孔，获得玻璃套管，并将玻璃套管内壁抛光；

(6)将步骤(1)所得玻璃细棒插入步骤(2)所得玻璃套管中，在玻璃软化温度即310℃-320℃拉制成光纤，即得本发明所述中红外增益光纤。

所述光纤芯玻璃棒和包层玻璃棒采用制备硫系玻璃常用的真空熔融淬冷法制备。

有益效果，由于采用了上述方案，本发明采用的Ga-Sb-As-S光纤芯基质玻璃中含有大量的重金属Sb，该元素参与了玻璃网络的形成，使此玻璃的有效声子能量(～300cm^-1)比普通硫化物玻璃(～450cm^-1)显著降低，从而大幅降低掺杂稀土离子能级的多声子弛豫速率，提高稀土离子的中红外发光强度和量子效率。本发明增益光纤在2.5～5μm具有强的发光，发光量子效率大于70％。可作为低成本、紧凑型中红外光纤激光器的核心增益介质。解决了现有稀土掺杂硫化物光纤在2.5～5μm中红外波段的发光强度弱或不发光、发光量子效率低的问题，达到了本发明的目的。

优点：与现有稀土掺杂硫化物玻璃光纤相比，本发明增益光纤在2.5～5μm中红外波段发光强、发光量子效率高。

附图说明：

图1是本发明的0.05％Dy³⁺掺杂Ga_0.08Sb_0.32As_0.05S_0.55/Ga_0.08Sb_0.31As_0.06S_0.55光纤的近红外光学照片。

图2是本发明的0.05％Dy³⁺掺杂Ga_0.08Sb_0.32As_0.05S_0.55/Ga_0.08Sb_0.31As_0.06S_0.55光纤在1.32μm激发下的中红外发射光谱。