基于色散调控氟碲酸盐玻璃光纤的O-U波段平坦光频梳产生

光学频率梳(简称光频梳)作为一种优秀的多波长光源在通信领域具有巨大的应用潜力。通过将光频梳光源与波分复用技术(WDM)、空分复用技术结合(SDM),通信系统可以具有百Tbit/s量级的传输速率,在5G/6G通信、物联网、自动驾驶等方面具有重要的应用价值。目前实现光频梳的方法主要有以下四种,分别为基于锁模激光器产生飞秒光频梳、基于光学微腔产生光频梳、基于电光调制器产生光频梳以及基于行波四波混频产生光频梳。它们各具特点,但均很难同时实现宽光谱、高信噪比、高平坦度、高的单梳齿功率以及梳齿频率间隔大范围可调,这在一定程度上影响了光频梳在光通信领域的应用。本文提出基于受激布里渊激光腔产生种子梳,采用腔外负色散光纤进行脉冲压缩,进一步利用色散调控的高非线性氟碲酸盐光纤进行扩谱,从而实现光频梳产生。数值计算结果表明,通过该系统,我们可以得到重复频率大范围可调、光谱覆盖整个O-U波段且在O-U波段梳齿强度标准差小于5 dB的平坦光频梳,证明了通过基于布里渊激光腔与色散调控高非线性氟碲酸盐光纤的光学系统产生可用于光通信的平坦光频梳的可行性。

“中红外光纤材料与器件前沿技术”专栏序言

中红外波段覆盖了众多重要分子的特征振动吸收峰,也包括3-5μm和8-12μum两个重要的大气传输窗口,该波段的相干光源在光电对抗、大气遥感、星地通信、医疗健康、环保监控、传感等领域有着广泛的应用前景。与量子阱激光器、固体激光器和光参量振荡器等激光技术相比。

中红外玻璃光纤材料及拉曼激光光源研究进展(特邀)

高功率中红外光纤激光光源在前沿科学研究、空间光通信、医学诊断与治疗、环境污染监测和光电对抗等领域有着重要应用。拉曼光纤激光光源输出波长灵活,原则上可以在光纤材料透过窗口范围内获得任意波长激光,是实现中红外激光输出的一种重要手段。目前,基于硫系玻璃光纤、氟化物玻璃光纤、碲酸盐玻璃光纤等中红外玻璃光纤材料,已实现工作波长位于3.77μm的拉曼光纤激光器、平均输出功率为3.7 W的2231 nm拉曼光纤激光器和波长调谐范围覆盖2~4.3μm的拉曼孤子激光光源。近期,笔者研究组制备出一种具有高热学和化学稳定性、高激光损伤阈值、大拉曼频移和高拉曼增益系数的氟碲酸盐玻璃光纤,并利用其作为非线性介质,先后实现了级联拉曼散射、级联拉曼光纤放大器、波长调谐范围覆盖1.96~2.82μm的拉曼孤子激光以及波长为~4μm的红移色散波,验证了氟碲酸盐玻璃光纤在中红外拉曼光纤激光光源研制方面的应用潜力。主要介绍了氟化物、硫化物及碲酸盐玻璃光纤材料的特点及相应的拉曼激光光源的相关研究进展,并对其未来发展趋势进行了展望。

19芯碲酸盐玻璃放大光纤的低串扰结构设计及性能仿真

基于空分复用技术的多芯光纤通信核心指标之一是信道串扰,该问题的存在极大地影响着传输距离及信号质量,尤其是在宽带光纤放大系统中。本文重点讨论了弱耦合19芯光纤的串扰问题,同时提出了一种利于多组分碲酸盐玻璃挤压制备的沟槽辅助型19芯光纤,并采用耦合功率理论和有限元法对模型进行了相关性能的数值仿真,系统研究了沟槽尺寸、折射率分布及相关光纤参数对芯间串扰的影响。仿真结果表明,优化设计后的光纤在1550 nm处拥有-156 dB/100 m的低串扰值,可以满足大容量光纤通信用宽带光放大器的应用需求。

Tm^(3+)和Er^(3+)共掺杂氟氧化物玻璃陶瓷材料结构和上转换发光性质的研究

报道了一种新的上转换氟氧化物玻璃陶瓷材料，组份为６５ＧｅＱ２－２５ＮａＦ－１０ＢａＦ２（ＭＦＧ）。研究了Ｔｍ３＋和Ｅｒ３＋共掺ＭＦＧ玻璃陶瓷中的发光性质。通过Ｘ射线衍射和Ｒａｍａｎ 散射分析了ＭＦＧ玻璃陶瓷的结构性质。分别测量了Ｔｍ３＋和Ｅｒ３＋共掺ＭＦＧ玻璃及玻璃陶瓷和Ｅｒ３＋单掺ＭＦＧ玻璃中的红外发射谱（ｅｘ＝４８８ｎｍ）和上转换发射谱（ｅｘ＝９７８ｎｍ）。给出了稀土离子掺入微晶的证据：（１）和ＭＦＧ：１ｍｏｌ％Ｔｍ３＋、２ｍｏ１％Ｅｒ３＋玻璃相比，在９７８ｎｍＬＤ激发下，ＭＦＧ：１ｍｏｌ％Ｔｍ３＋、２ｍｏｌ％Ｅｒ３＋玻璃陶瓷中红色上转换发光大大增强，红光与绿光的比值大大提高。（２）在４８８ｎｍ激光激发下，玻璃陶瓷样品中Ｔｍ３＋离子１．７μｍ左右的发射光谱明显窄化。最后讨论了玻璃陶瓷这种结构对上转换发光的影响和其在上转换发光及光通信中的应用潜力。

氟氧化物玻璃陶瓷中高效低阈值的红色上转换发光现象

本文报道了一种Er3 + 和Tm3 + 共掺杂新的氟氧化物玻璃陶瓷材料中高效低阈值的红色上转换发光现象。材料组份为 6 5GeO2 2 5NaF 8 5BaF 0 5Tm2 O3 1Er2 O3 (mol% ) ,文中给出了样品的制备方法。在 978nmLD激发下 ,观察到了非常强的红色上转换发光。据我们所知 ,在如此低的Er3 + 和Tm3 + 掺杂浓度下实现了如此之强的红色上转换发光 ,文献中未见报道 ;更令人惊奇的是在 2 0 0mA工作电流 (此时功率为 3 5mW )LD激发下 ,激发的功率密度为 170mW·cm-2 ,其红色光仍裸眼可见。讨论了这种高效低阈值上转换发光的机理。

Yb^(3+)和Er^(3+)共掺ZnF_2-AlF_3-PbF_2-LiF多晶和玻璃的光谱性质

研究了 978nmLD激发下Yb3 + ,Er3 + 共掺新的氟化物基质 30ZnF2 2 5AlF3 30PbF2 1 5LiF多晶和玻璃中的上转换发光性质 ,分析了上转换发光的途径 ,重点讨论了多晶样品中红色上转换发光增强的过程和原因。最后解释了Er3 + 和Yb3 +

用脉冲激光溅射法制备的Yb^(3+)和Er^(3+)共掺杂氟化物薄膜的上转换发光

脉冲激光溅射法 (PLD) ,作为一种制备高质量薄膜的方法 ,被广泛地用于制备超导、铁电等薄膜。用PLD法制备的Yb3+ 和Er3+ 共掺杂氟化物薄膜的上转换发光性质。在 978nmLD激发下 ,薄膜发出强烈的橙色光 ,用日立 -F45 0 0光谱仪测量了其上转换发光光谱 ,观测到了Er3+ 很强的2 H9/2 →4 I1 5/2 (4 0 8nm) ,2 H1 1 /2 →4 I1 5/2 (5 2 0nm) ,4 S3/2 →4 I1 5/2 (5 5 0nm)和4 F9/2 →4 I1 5/2 (65 0nm)跃迁发射峰。给出了上转换发光强度随激发强度的关系 ,分析了其上转换发光机制及紫色上转换发光增强的原因。

Er^(3+)/Yb^(3+)共掺杂AlF_3基氟化物玻璃材料的频率上转换

Er3+ /Yb3+ 共掺杂的AlF3基氟化物玻璃材料ABCY的制备及其上转换荧光性质。样品的组分为 40AlF3 2 0BaF2 2 0CaF2 (2 0 2x 2y)YF3 xEr2 O3 yYb2 O3。在 95 0nm连续LD激发下 ,观察到该材料很强的绿色上转换发光 ,研究了该体系的上转换机理 ,认为Yb3+ 和Er3+ 之间的APTE效应是最主要的上转换途径。解释了红、绿色上转换荧光强度比值增大的现象 ,指出了可能的交叉弛豫过程。用公式y =a(x -x0 ) n 对上转换荧光强度与LD工作电流的关系进行拟合 ,得到的结果与理论值很好地一致。

Eu^(3+)掺杂硼酸盐晶体及玻璃材料的光谱性质

控制不同的烧结条件,制备了Eu3+掺杂La2O3 3B2O3体系的晶体及玻璃材料。在这两种组分相同但物相不同的基质中,Eu3+离子表现出不同的光谱性质。通过对比两种材料的发射光谱、声子边带、电荷迁移带及荧光寿命,讨论了Eu3+离子周围局域结构的改变对其发光性质的影响。

共掺杂的二氧化锆纳米材料中Yb^(3+)和Tm^(3+)上转换发光

用共沉淀法制备了二氧化锆掺Yb3+ 和 0 2 (0 4 ,1)mol%Tm3+ 的纳米材料 ;用发射波长为 980nm的激光激发样品 ,测量了掺 0 2mol%Tm3+ 的纳米材料在不同退火温度下的上转换光谱 ;测量了在相同退火温度、不同泵浦电流下的上转换发射光谱 ;并研究了蓝色上转换发射的过程。

罗丹明6G/MCM-41纳米复合物的发光蓝移

介孔分子筛MCM-41具有规则排列的纳米量级的孔道,可以作为宿主封装其他材料。利用这一性质,将激光染料罗丹明6G分子封装在介孔分子筛MCM-41中形成了纳米复合物。用透射电镜、小角度X射线衍射和荧光光谱等方法对纳米复合物的性质进行了分析。用波长为480nm的光对纳米复合物进行激发,得到的发光峰为531nm。与无限稀罗丹明6G乙醇溶液的发光峰相比,这一发光峰有15nm的蓝移和明显的宽化。我们认为当罗丹明6G分子封装在MCM-41的介孔中时,罗丹明6G分子与介孔分子筛孔道表面分子之间存在较强的相互作用(包括氢键、静电吸引等),导致电子云被局域在具有较强吸引力的分子筛表面原子周围,引起激发态能量升高,发光峰蓝移。

二氧化锆纳米材料中三价铒离子的上转换发光

用共沉淀法制备了铒离子掺杂的二氧化锆纳米材料,并对它的结构、颗粒的大小和声子能量进行了表征。用980nm激光二极管和F 4500荧光光谱仪仪测量了两种样品的上转换发射光谱,观察到强的绿色发射和弱的红色发射并对这种发射现象的原因进行了分析。

稀土氟化物Y_(0.97)Er_(0.03)F_3纳米材料的制备及上转换发光

通过燃烧法和控温热反应法制备了稀土氟化物纳米材料,利用XRD和TEM对样品进行了分析和表征。测量了发射波长为980nm激光二极管激发下所得纳米材料的上转换发光性质。

聚乙烯吡咯烷酮修饰的NaYF_4∶Yb^(3+)/Er^(3+)上转换发光纳米粒子的制备及其生物兼容性

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂,利用溶剂热法合成了NaYF4∶20%Yb3+,3%Er3+(摩尔分数)的上转换发光纳米粒子。利用扫描电子显微镜对粒子的形貌进行了表征,结果表明纳米颗粒的尺寸在30～40 nm,分布比较均匀。在980 nm红外光的激发下,样品能够发出肉眼可见的明亮的黄色上转换荧光。样品可以较好地分散在水溶液中形成透明澄清的溶液。利用MTT实验测量了不同给药浓度下NaYF4纳米粒子是否对HeLa细胞具有生物毒性。结果表明:PVP修饰的NaYF4∶Yb3+/Er3+上转换发光纳米粒子具有较好的生物兼容性,对HeLa细胞无生物毒性,在生物荧光标记领域具有潜在的应用价值。

AlF_3基氟化物玻璃中Eu^(3+)的光谱性质与局域结构的关系

报导了 ＥＵ３＋掺杂 ＡｌＦ３基氟化物玻璃材料的制备及其光谱性质与局域结构的关系。声子边带谱表明 与稀土离子的电子跃迁相耦合的声子模式为 Ａｌ－Ｆ的伸缩振动模，结合１５１Ｅｕ的 Ｍｏｓｓｂａｕｅｒ谱，进一步确认了 ＥＵ３＋在该玻璃基质中的配位状态。由发射光谱，根据ＡｌＦ３晶体所属空间群中等效点系的对称性分析，通过 对称性破缺可以推测Ｅｕ３＋在该玻璃体系中占据的格位主要为Ｇｉ和Ｓ６。

基于微纳光纤-单壁碳纳米管可饱和吸收体的被动调Q掺镱光纤激光器

为实现具有高脉冲能量的调Q脉冲激光输出,利用微纳光纤-单壁碳纳米管复合的方法制备可饱和吸收体,并对基于该类型可饱和吸收体器件的被动调Q掺镱光纤激光器进行研究。采用拉伸法将普通单模石英光纤拉制成微纳光纤,将其与单壁碳纳米管溶液复合,进一步制备成全光纤集成型器件。将该器件置于环形腔掺镱光纤激光器中,利用976 nm半导体激光器作为抽运源。当抽运功率为53 mW时,实现了调Q脉冲激光输出,激光中心波长为1 039 nm。进一步提升抽运功率至76 mW,可获得脉冲宽度为3.1μs、重复频率为25.5 kHz、单脉冲能量为941nJ的调Q脉冲激光输出。研究表明,利用微纳光纤制备的可饱和吸收体器件具有较高的损伤阈值,可用于实现高脉冲能量的激光输出。

二氧化锆纳米材料中三价铒离子的上转换发光(英文)

固态蓝绿光源非常适合于高强度光存储、色平板、光电和医疗诊断。迄今为止 ,对各种晶体中上转换发光进行了广泛的研究。三价铒离子由于其相当高的上转换发光效率被作为一种激活离子而受到研究者的青睐。我们用共沉淀法制备了掺铒离子的二氧化锆纳米材料。并对纳米的结构、颗粒大小、声子能量进行了表征 ;用 980nmLD和F 45 0 0荧光分析仪测量了两种样品的上转换发射光谱 ,并观察到强的绿色发射和弱的红色发射 ;出现这种发射现象的原因是由于低的掺杂浓度和低的声子能量。通过发光强度与泵浦电流关系的实验。我们得到 :蓝色、绿色和红色上转换发射分别来自三光子、双光子和双光子过程。

Tm^(3+)/Yb^(3+)共掺杂ZBLAN玻璃的多光子紫外上转换发光

利用光谱分析手段研究了熔融淬火法制备的Tm和Yb共掺杂的重金属氟化物玻璃ZrF4-BaF2-LaF3-A1F3-NaF的上转换发光性质.在980 nm连续激光的激发下,观察到了较强的363 nm(1D2→3H6),347nm(1I6→3F4)和291 nm(1I6→3H6)的紫外上转换发光,以及中心位于454 nm,475 nm,643 nm,687 nm和804 nm的上转换荧光.这些上转换发射所对应的f-f跃迁为1D2→3F4,1G4→3H6,1G4→3F4,3F3→3H6和3H4→3H6.根据上转换发光强度随泵浦光功率的双对数变化关系得到,347 nm和363 nm的发光分别属于5光子和4光子上转换过程.结果表明:Tm和Yb共掺杂的ZrF4-BaF2-LaF3-A1F3-NaF玻璃可以有效地把近红外波段的激光转化成紫外波段的光.

激光制冷中能级间距的选择

激光制冷问题的核心是材料的选择。荧光中心能级的间距是其中的一个关键指标。确定合理的能级间距有助于选择合适的激光制冷材料。能级间距决定了对激光制冷至关重要的两个因素：量子效率和无辐射跃迁速率。如果单纯地从制冷功率的角度来看，能级间距越大量子效率越高，也越有利于荧光制冷。但当能级间距宽到某一值后，制冷功率基本上保持不变。如果从热一光转换效率的观点来考察激光制冷的效率问题，能级间距宽度的合理取值就应该小得多。如果在选择激光制冷材料时，确定制冷功率具有第一位的重要性，那么，能级间距选择在５０００ｃｍ－１左右的宽度是比较合适的、这不仅可以确定较大的热－光转换效率，同时也基本上保证了很高的制冷功率。