新型光纤激光器用掺Yb3+纳米晶－玻璃复合激光材料和光纤的研究

高功率、大能量全固态激光器和光纤激光器目前对长寿命、宽谱带和高增益激光材料有着迫切的需求。本项目在分析比较了激光晶体、激光玻璃和激光陶瓷的各项参数指标后，提出研究可用于光纤激光器的新型掺Yb3+纳米晶与氟磷酸盐玻璃复合激光材料及光纤。通过研究氟磷酸盐玻璃形成体对材料结构和性能的影响规律，以及掺稀土纳米晶的结构、形貌、粒径、晶型及分散性等对激光复合材料的性能和工艺的影响，优化玻璃基质材料与纳米晶的组分和复合工艺参数，获得一种具有宽谱线、大受激发射截面、长荧光寿命、非线性折射率小、可拉制光纤的新型掺稀土纳米晶－玻璃复合激光材料；通过光纤结构设计和光纤拉制工艺研究，确定制备高质量纳米晶-玻璃复合光纤的工艺条件和参数，研究光纤的各种物理和光学性能，为研发新型光纤激光器用复合激光材料提供理论基础和实验依据。本项目集合Yb:S-FAP晶体的优异性能及氟磷酸盐玻璃的高性能于一体，具有重要的学术意义和实用

高功率、高重复强激光技术是目前激光发展的重要方向之一，在我国已被建议列入国家科学技术中长期发展规划，特别是点火工程（ICF）已确定为16项重大专项之一。后ICF技术、快点火用高功率、大能量全固态激光器以及光纤激光器正朝着超快、高峰值功率和宽光谱等方向发展，对长寿命、宽谱带和高增益激光材料有着迫切需求。本项目提出了一种新型的微纳晶体与玻璃复合激光材料。利用激光晶体的优良增益特性和玻璃材料容易制作大块和拉制光纤的不可替代优点，研究具有高增益系数、大尺寸和宽谱带，同时又可以拉制光纤的新型激光材料。本项目通过研究氟磷酸盐玻璃（FPA）形成体对材料结构和性能的影响规律着手，优化基质玻璃组分，揭示基质材料对稀土离子发光性能和热学性能的影响规律；通过散射理论研究了微纳晶的尺寸、含量、形貌以及与基质玻璃的折射率差等因素对微纳晶玻璃复合材料透过率及光学性能的影响；最后在材料复合工艺上进行了创新，采用液固烧结工艺替代传统的固相烧结工艺。最终，获得了宽谱带、大受激发射截面、长荧光寿命和非线性折射率小的新型CaF2:Nd3+微纳晶-氟磷酸盐玻璃（FPA）复合激光材料。