【摘 要】
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光纤激光器相较于其他类型激光器在体积、光束质量等方面具有显著优点。传统的石英光纤由于其基质材料的高声子能量(～1100 cm-1),中红外波段传输损耗较大,因此使用传统的石英光纤无法研制长波长、高功率的中红外激光器。波长范围在2～5μm的激光系统在科学研究和工业上都有着非常重要的应用。这一光谱范围内,水分子、一氧化碳、甲醛、甲烷和葡萄糖(C6H12O6)、羟基等分子都具有较强的吸收线,从基础研究到
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光纤激光器相较于其他类型激光器在体积、光束质量等方面具有显著优点。传统的石英光纤由于其基质材料的高声子能量(～1100 cm-1),中红外波段传输损耗较大,因此使用传统的石英光纤无法研制长波长、高功率的中红外激光器。波长范围在2～5μm的激光系统在科学研究和工业上都有着非常重要的应用。这一光谱范围内,水分子、一氧化碳、甲醛、甲烷和葡萄糖(C6H12O6)、羟基等分子都具有较强的吸收线,从基础研究到工业加工具有广泛应用。目前基于Tm3+、Ho3+、Er3+掺杂的中红外激光研究基本局限于ZBLAN光纤,但由于ZBLAN基质材料易潮解、机械性能较差等缺点限制其在长波长、高功率等方面的研制。本文以氟化铟基玻璃光纤为基质材料,探索Tm3+在1480 nm、1820 nm、2320 nm处荧光性质,并分析其在中红外激光器实现的可能性。（1）本实验首先采用传统熔融法制备了Tm3+掺杂的氟化铟基玻璃,并且详细测试和计算了相关性质。其中声子能量为510 cm-1,纤芯（IZGP）和小包层（IZGN）均具有相近的转变温度和较大的ΔT值,说明纤芯和包层均具有较好的成玻璃和抗析晶性能,有利于光纤的拉制。数值孔径NA（2.3μm）为0.36,较大的数值孔径有利于激光在光纤内的传输。Tm3+在2320 nm处相较于Tm3+在ZBLAN玻璃中,具有更高的最大发射截面。Tm3+在氟化铟基玻璃中的最大发射截面为3.67×10-21 cm2。基于玻璃材料的表征可以看出氟化铟基玻璃具有较为优异的热学和光学性质。（2）在探索氟化铟基玻璃优异的性质之后,拉制了0.7 mol%Tm3+掺杂浓度的玻璃光纤,并探索了其各个波长的荧光性能。Tm3+掺杂的氟化铟基玻璃光纤在1120 nm波长泵浦光源激发下产生明亮蓝色上转换现象,而且观测到在玻璃中未观测到的1680nm发光光谱。在不同泵浦功率的激发下各个波长发光光谱均没有出现吸收饱和现象,较强的发光光谱说明继续增大泵浦功率有望实现～2.3μm激光输出。（3）基于以上现象,探索了Tm3+/Ho3+共掺的方式,旨在通过改变敏化离子的浓度增强Tm3+离子掺杂的氟化铟基玻璃～2.3μm波段发光强度。实验结果证明通过共掺增强了Tm3+离子1480 nm波段的发光强度,本研究为扩展通信领域S波段（1460-1530nm）光放大技术提供了一个新的研究方向。同时由于能量传递效应增强Ho3+:5I7→5I8辐射跃迁产生的～2μm荧光强度,为～2μm激光研究提供了基础。Tm3+:3H4→3H5辐射跃迁产生的～2.3μm荧光强度减弱,主要是因为敏化离子的引入导致～2.3μm荧光上下能级反转粒子数减小。
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