[发明专利]具有磷硅酸盐玻璃的发光器件

说明书

本申请是基于申请日为2008年7月15日，优先权日为2007年7月16日，申请号为200880105830.3，发明名称为：“具有磷硅酸盐玻璃的发光器件”的专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请包括的主题与在2007年7月3日由Morasse等提交的题目为“具有降低的光子暗化的光学活性玻璃和光纤以及用于降低光子暗化的方法(Opticallyactiveglassandopticalfiberwithreducedphotodarkeningandmethodforreducingphotodarkening)”的共同转让美国专利申请的主题相关，所述美国专利申请通过引用整个结合在此。

发明领域

本发明总体涉及光学活性玻璃和包括这种玻璃的发光器件。更具体地，本发明涉及磷硅酸盐光波导和包括其的高输出功率放大器或激光器。

发明背景

用于光的放大的光纤激光器和放大器通常包括具有光学活性波导芯的光纤，所述光学活性波导芯掺杂有稀土活性离子，例如铥、铒、镱和钕。放大是通过来自掺杂光纤中的掺杂剂离子的光子的受激发射实现的，因此光纤的组成影响发射的放大光的性质。同样，设计(tailor)光纤的组成以优化用于给定应用的期望性质。然而，还重要的是，光纤的优化的期望光学性质随着时间保持稳定。

通常，光纤可以是多模或单模或几个模式(few-modedlike)的大模面积(LMA)光纤。多模或LMA光纤允许将多个模的光波限定到所述芯并且沿光纤传导，其中每一个模以不同的相速传播。单模光纤仅支持一种处于感兴趣的频率的横向空间模。假定充分小的芯或充分小的数值孔径，可以将单模即基模限定到所述芯。基模对于许多应用是优选的，原因在于，得到较高的光束质量和聚焦性质，并且从光纤出来的光波的强度分布不改变，而与光纤的发射条件和任何干扰无关。

实际的光纤衰减在其中传播的光，因此有利的是保持光纤长度尽可能短。重要的是最大化储存在增益介质中的能量。增益介质的饱和能量是实现增益介质的有效饱和所需的能量。还重要的是最大化从储存的能量取出的能量。对于在光纤内获得高峰值功率的主要限制归因于小的模尺寸和大的传播长度，其可以产生非线性效果。具有高发射横截面的一些增益介质的另一个问题是每单位面积的饱和能量低，因而限制可以取出的能量的量并且引起脉冲变形。

纵模脉动(beating)可能是高频噪音的重要来源，其因此导致脉冲调制放大器或激光器的脉冲结构中的峰值功率波动。取决于它的振幅和频谱，此噪音可能严重限制产生具有拥有精细结构的特别形状的稳定光学脉冲的能力。

高能放大器和激光器遭遇的另一个问题是在高能出现的非线性效应。非线性效应的开始可以严重降低光谱含量(spectralcontent)并且限制激光源的功率输出。

对于一些稀土掺杂的芯组成，随着时间的光子暗化(即，光引起结构转变的形成)引起光纤的掺杂玻璃芯中的损失，从而导致减小光纤输出功率效率。

已经在稀土掺杂的二氧化硅光纤中观察到了光子暗化：M.M.Broer等(Opt.Lett.1993,18(10),第799-801页)描述了在铥掺杂光纤中的光子暗化，M.M.Broer等(Opt.Lett.1991,16(18),第1391-1393页)描述了在铈掺杂光纤中的光子暗化，和E.G.Behrens等(1990,JOSAB7(8),第1437-1444页)描述了在铕和镨掺杂光纤中的光子暗化。在镱掺杂二氧化硅光纤中的此现象的第一实验证据由R.Paschotta等在Opt.Commun.,1997,136(5-6),第375-378页中描述。

美国专利5,173,456描述了用于高能激光器的磷酸盐玻璃。具体地，描述了用作多通路(multiplepass)、高能激光器系统中的激光放大器的低含量或无二氧化硅、低含量或无碱金属的磷酸盐玻璃，其具有高的热导率、低的热膨胀系数、低的发射横截面，和高的荧光寿命。

因此，需要这样的高能激光器和放大器，其具有增强的功率输出、较高的取出和饱和能量、降低的非线性效应、降低的脉冲成形(pulse-shaping)需求、较高的光束质量和聚焦性质，容易被泵浦(pump)和组装，并且随着时间稳定。

发明概述

因此，本发明的目的是提供一种包括磷硅酸盐光学活性玻璃的发光器件。

根据本发明的一个方面，提供一种发光器件，所述发光器件包含增益介质，所述增益介质包含光学活性磷硅酸盐玻璃，其中所述磷硅酸盐玻璃包含至少一种活性离子掺杂剂和约1至30摩尔％的氧化磷。