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。

全国产化高功率平坦型中红外超连续谱光源(简讯)

中红外超连续光谱(Supercontinuum,SC)激光源近年来引起了人们极大的兴趣,在组织成像、光谱学、国防和环境监测等领域得到了重要应用。采用全国产化器件搭建了输出功率为10.19 W、光谱范围1.25~4.05μm的全光纤超平坦SC激光源。其光谱的3 dB带宽为1290 nm,范围为2280~3570 nm;10 dB带宽为2390 nm,范围为1450~3840 nm。在连续运行24 h的条件下,实测功率稳定性为0.79%(均方根),证明该SC激光源具有良好的功率稳定性。该光源的成功研制推动了高性能超连续谱激光源的全国产化进程。

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。

基于氟碲酸盐光纤的高功率中红外超连续光源(特邀)

高功率全光纤中红外超连续光源在基础科学研究、环境、医疗以及国防安全等领域有着重要应用。目前用于研制上述光源所用的非线性介质为氟化物玻璃光纤。但是氟化物玻璃光纤的损伤阈值低、化学稳性差,这在一定程度上影响了氟化物玻璃光纤在实用化高功率中红外光源研制中的应用。为了进一步提升中红外超连续光源的性能和研制实用化高功率中红外超连续光源,最近制备出了一种具有较好热稳定性和化学稳定性的氟碲酸盐玻璃(TeO_2-BaF_2-Y_2O_3,TBY),并利用其作为基质材料,设计制备出了一系列氟碲酸盐玻璃光纤。利用这些光纤作为非线性介质,研制出了光谱范围覆盖1.4~4μm的高相干超连续光源,光谱范围覆盖0.4~5.14μm的宽带超连续光源和平均功率大于10 W、光谱范围覆盖947~3 934 nm的超连续光源。

热蒸发法Zn/ZnO叶状微米结构自组装生长及其发光特性(英文)

采用热蒸发法在ZnO缓冲层覆盖着Si衬底上合成了2D叶状的Zn晶枝结构,Zn的晶枝长度约为几十微米,厚度约为200nm,随后Zn晶枝在O2的气氛下热处理,在晶枝表面获得纤细、均匀的ZnO纳米线。晶枝按照无催化、自组装、汽相生长模式生长,晶枝最快生长方向是沿着载气气流的方向释放凝固潜热,XRD分析结果结果显示了Zn纳米线具有六角纤锌矿结构,Zn/ZnO的发光谱显示,在380nm处有一弱的UV近带边发射和中心在505nm处的强绿光发射,绿光发射归因于施主/受主对之间的辐射跃迁。

Tm^(3+)掺杂碲酸盐微结构光纤激光器

以1 560 nm的掺Er3+石英光纤激光器作为泵浦源,在Tm3+掺杂的碲酸盐微结构光纤中实现了2μm的激光输出。采用棒管法拉制出了纤芯由6个空气孔包围的微结构光纤,选取了2.8 cm的微结构光纤,研究了其激光性能,获得了9 mW波长为1 872 nm的激光输出,激光的斜效率为6.53%,激光阈值为200 mW。研究结果表明,所制备的Tm3+掺杂碲酸盐微结构光纤可用于制作紧凑型2μm光纤激光器。

Yb^(3+)和Tm^(3+)共掺NaYF_4上转换薄膜的制备及其发光特性

文章采用高温固相反应合成了NaY0.835Yb0.15Tm0.015F4块状材料,并用其作靶材,通过真空热蒸发沉积技术在Al2O3基板制备出了Yb3+和Tm3+共掺NaYF4上转换薄膜。在980nm激发下,可发射出裸眼可见的亮蓝色上转换荧光。用荧光分光光度计测试了其上转换光谱,并讨论了其上转换机理,同时还研究了TiO2对Yb3+和Tm3+共掺NaYF4薄膜上转换发光性能的影响。

大学生创新性实验计划需要开放的实验平台

科技创新人才的培养是中国高等教育改革的关键,教育部从2007年起实施了本科生创新性实验计划项目。为提高本科实验教学的质量,各高校开展了实验教学示范中心的建设。如何合理地利用实验教学资源,把创新性实验计划项目和试验教学示范中心的建设结合起来,建设对本科生开放的实验中心,是更好地完成创新性实验计划项目、培养大学生独创精神的新平台。

Tm^(3+)/Ho^(3+)共掺碲酸盐微结构光纤激光器

用棒管法拉制了Tm3+/Ho3+掺杂的碲酸盐微结构光纤,并获得了2μm的激光输出。以1 560 nm的Er3+掺杂石英光纤激光器作为泵浦源,在22 cm长的微结构光纤中,得到了最大功率为8.34 m W、波长为2 065 nm的连续激光输出,泵浦光功率为507 m W,斜率效率为2.97%。研究结果表明,Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐微结构光纤是一种用于研制2μm激光器的理想材料。

应用于2.1μm激光的Tm^(3+)/Ho^(3+)共掺氟碲酸盐微结构光纤研究

采用棒管法制备了低羟基含量的Tm^(3+)/Ho^(3+)共掺氟碲酸盐微结构光纤。当使用波长为1 560 nm的激光器泵浦Tm^(3+)/Ho^(3+)共掺光纤时,处于Tm^(3+)基态3H6的电子被激发至3F4能级,进一步通过Tm^(3+)和Ho^(3+)间的能量传递过程3F4→3H6(Tm^(3+)):5I8→5I7(Ho^(3+))(能量失配为745 cm-1)布居Ho^(3+)的5I7能级,5I7能级上的电子向5I8能级跃迁发射出2.1μm的光。使用1 560 nm光纤激光器作为泵浦源,18 cm长的Tm^(3+)/Ho^(3+)氟碲酸盐微结构光纤作为增益介质,获得了波长为2 063 nm的激光输出。所得激光的斜率效率为12.9%,激光阈值为163 m W,未饱和的最大输出功率为40 m W。研究结果表明,Tm^(3+)/Ho^(3+)共掺氟碲酸盐微结构光纤可用于制作2.1μm光纤激光器。

基于金纳米棒可饱和吸收体的被动调Q掺铒光纤激光器

利用种子诱导生长法制备了长径比为5的金纳米棒,测量了它的吸收谱,结果表明该纳米棒具有较宽的吸收带(800～1 600 nm)。进一步测量了它的非线性吸收性质,结果表明它在1.56μm波长处具有可饱和吸收特性,有望被用于实现被动调Q脉冲激光的输出。将该可饱和吸收体置于掺铒光纤激光器腔内,当泵浦功率增至30 mW时开始有稳定的调Q脉冲激光输出,输出激光的工作波长为1.56μm。当泵浦功率为205mW时,可获得的最大输出功率约6.9 mW,脉冲能量达219 nJ。研究结果表明,这种新型可饱和吸收体在脉冲激光领域具有广阔的应用前景。

中红外可调谐大能量飞秒脉冲激光产生

可调谐中红外飞秒光纤激光器具有非常普遍的应用,从而引起了人们的广泛关注。目前,非线性光纤中的拉曼孤子自频移效应是实现大范围可调谐飞秒脉冲激光的理想方法之一。然而,非线性光纤中其他高阶非线性效应的产生通常会限制拉曼孤子脉冲的能量提升。本文提出了利用有源掺杂光纤作为非线性介质和增益介质实现可调谐大能量中红外飞秒激光脉冲的方法。在理论上研究了有源掺杂非线性光纤中高阶孤子劈裂和孤子自频移效应的产生,以及线性增益对波长移动拉曼孤子能量、脉宽、光谱的影响。结果表明,通过为波长红移的低能量拉曼孤子提供线性增益,孤子脉冲的能量得到了显著提升且保持了其单脉冲特性,脉冲宽度为45 fs,且孤子脉冲的波长可通过所提供的增益进行大范围调谐。因此,利用有源掺杂光纤作为非线性介质是实现大能量可调谐中红外飞秒脉冲激光的一种有效方法。

Ce^(3+)单掺和Ce^(3+),Eu^(3+)共掺杂CaF_2晶体生长与光学特性研究

采用Bridgman方法在氩气氛保护的单晶炉内生长出了Ce3+掺杂的以及Ce3+和Eu3+共掺的CaF2晶体,利用Ce2O3和E2O3分别与氢氟酸反应合成了CeF3和EuF3掺杂试剂,对掺杂晶体生长的起始原料—特定组成的CaF2、CeF3、EuF3混合物进行了高温氟化处理,确定了掺杂晶体的物相,讨论了掺杂浓度对晶体紫外波段透过率的影响。此外,还初步分析了Ce3+和Eu3+共掺的CaF2晶体作为紫外滤光材料的可行性。

基于特种玻璃光纤的中红外拉曼激光器研究进展

高功率中红外光纤激光器在基础科学研究、大气通信、环境监测和国防安全等领域有着重要应用。拉曼光纤激光技术是实现中红外激光的一种重要手段,通过级联拉曼运转可在光纤透过窗口内输出任意波长激光。目前,以碲酸盐、氟化物或硫系玻璃光纤作为拉曼增益介质,研究者分别研制出工作波长为3.77μm的二级级联拉曼激光器和波长调谐范围覆盖2~4.3μm的中红外拉曼孤子光纤激光光源。最近,本研究组制备出一种具有高稳定性、高抗激光损伤阈值、大拉曼频移和高拉曼增益系数的氟碲酸盐玻璃光纤,并以其作为拉曼增益介质,先后实现了波长调谐范围覆盖1.96~2.82μm的中红外拉曼孤子激光以及~3μm处的"拉曼孤子雨",初步验证了该氟碲酸盐玻璃光纤在中红外拉曼光纤激光器方面的应用潜力。主要对国内外中红外拉曼光纤激光光源的研究进展进行了总结,介绍了碲酸盐、氟化物、硫系以及氟碲酸盐玻璃光纤材料的特点及相应的拉曼光纤激光器,并对发展趋势进行了展望。

新型高功率中红外光纤激光材料与超连续谱激光研究进展

制备出一种具有较好热稳定性和化学稳定性的氟碲酸盐玻璃光纤,并利用其作为非线性介质研制出光谱范围覆盖0.6~5.4μm的宽带超连续谱(SC)激光光源和平均功率约为20 W、光谱范围覆盖1~4μm的SC激光光源。主要对目前国内外高功率中红外SC激光光源的研究进展进行了总结,包括氟化物玻璃光纤和氟碲酸盐玻璃光纤的材料特点和以其作为非线性介质的SC激光光源,并对此类SC激光光源的进一步发展进行了展望。

新型中红外玻璃光纤及相应激光器研究进展

中红外波段光纤激光光源在基础科学研究、光通信、生物医疗、环境监测以及国防安全领域有着重要应用。超连续谱(SC)激光光源和稀土离子掺杂光纤激光器是目前研究得较多的两类中红外波段激光光源。面向该类光源的应用需求,笔者研究组经过大量实验探索,筛选出一种具有较高稳定性和较高损伤阈值的氟碲酸盐玻璃光纤,并利用其作为非线性介质研制出了光谱范围覆盖0.6~5.4μm宽带的SC激光光源和平均功率约为20W、光谱范围覆盖1~4μm的SC激光光源;制备出具有较强抗潮解能力的Ho^3+离子掺杂AlF3基玻璃光纤,并利用其作为增益介质,获得了波长约为2868nm的激光输出;研制出具有较低声子能量的Ho^3+离子掺杂InF3基玻璃光纤,并利用其作为增益介质,获得了波长约为2875nm的激光输出。总结了氟碲酸盐玻璃光纤、AlF3基玻璃光纤和InF3基玻璃光纤的特点及相应激光器的研究进展。