[发明专利]一种用于输出黄光激光的Dy3+掺杂磷酸盐玻璃、光纤及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于输出黄光激光的Dy³⁺掺杂磷酸盐玻璃、光纤及其制备方法，其组分以摩尔百分比的形式表示为：60％‑70％P₂O₅、10％‑15％K₂O、10％‑15％BaO、2％‑5％Al₂O₃、3％‑5.5％La₂O₃、0.5％‑3％Dy₂O₃，总摩尔百分比为100％。利用磷酸盐玻璃的优点，再加上掺入大量K⁺作为低场强修饰体隔离Dy³⁺、共掺La³⁺改善Dy³⁺分散性改善黄光增益性能，大幅提高输出功率和效率。而且磷酸盐玻璃光纤损伤阈值高，制备工艺简单且韧性好，可制作出高效、稳定且结构简单的Dy³⁺掺杂黄光光纤激光器，实现高功率、高效且稳定的光纤黄光激光直接输出。

技术领域

本发明属于光纤技术领域，具体涉及一种用于输出黄光激光的Dy³⁺掺杂磷酸盐玻璃、光纤及其制备方法。

背景技术

波长范围约在550-620nm的黄光激光在天文学、物理学、生物医学和军事领域有着重要且广泛的应用，如589nm的黄光激光可引起大气电离层中的钠原子的强烈共振荧光背向散射，用于天文望远镜中的自适应光学技术可校正大气湍流引起的成像模糊现象；561nm、580nm和592nm及相近波长的黄光激光由于能有效激发各种黄色橙色和红色荧光染料和蛋白质，目前已经成为流式细胞仪上的常用装置；556nm、578nm的黄光激光可分别用于的镱原子光晶格钟的二级冷却、自旋极化及钟跃迁，其不稳定性相比铯喷泉钟小了两个数量级，有望对“秒”的概念进行重新定义。而光纤激光器与传统固体激光器相比有着结构简单、散热快和泵浦阈值低等优点，并且容易进行大规模集成，是未来激光器的理想形式。基于黄光激光的众多重要应用以及光纤激光器的广阔前景，高质量黄光光纤激光器的研究具有重要的科研意义与价值。

现有的输出黄光激光的光纤激光器中，非线性手段占据了绝大多数。利用发展成熟的红外光纤激光器通过和频、倍频或拉曼频移等方式可以实现间接输出黄光激光。但非线性手段的应用使得这些系统比较复杂，光束质量不佳，对激光器和转换系统要求高，可靠性还不能令人满意。因此，近年来以可直接输出黄光的稀土离子作为激活离子的直接发射黄光的光纤激光器受到了人们的关注。在具有黄光跃迁发射的稀土离子Dy³⁺、Tb³⁺和Sm³⁺中，Dy³⁺由于具有黄光跃迁发射强度高，黄光的荧光分支比很大，易于被商用450nm GaN蓝光LD(Laser diode，半导体激光器)泵浦等优点而成为了实现黄光激光直接输出的最佳选择，得到了众多实质性研究。Dy³⁺掺杂黄光光纤激光器可利用Dy³⁺的⁴F_9/2→⁶H_13/2跃迁直接获得波长在570-580nm范围的黄光激光，无需非线性光学转换，具有结构简单和可靠性高的优点，是当前黄光光纤激光器研究的热点。Dy³⁺实现黄光激光输出一般采用四能级系统，即在商用450nm GaN蓝光LD激光泵浦下，Dy³⁺基态能级⁶H_15/2上的粒子跃迁至⁴I_15/2能级，然后一部分粒子通过无辐射弛豫至上能级⁴F_9/2，随后通过辐射跃迁至下能级⁶H_13/2，可直接产生黄光的发射，在合适的激光振荡条件下即可输出黄光激光。