惰性稀土与铝离子共掺改性的掺钬石英玻璃光纤的研制及2 μm光谱特性研究

Owing to the wide applications of 2 μm in military, medical treatment, and remote sensing fields, development of 2 μm laser output of high quality holmium doped silica glass fiber has important research significance. A high holmium doping concentration in silica glass fiber is required to improve the optical gain coefficient and stable single-frequency laser output, but silica glass exhibits a limited solubility of holmium ions due to its rigid structure. In this regard, this program aims to obtain 2 μm laser in the high holmium doped silica glass and fiber by co-doping inert rare earth and aluminum ions. In order to obtain suitable components with good physical chemical and optical properties, the effects of co-doping inert rare earth and aluminum ions on the structure, physical properties, thermodynamic properties and spectroscopic properties of the high holmium doped silica glass has been studied in detail. Low loss and double cladding high holmium ions doped silica glass fiber will be obtained by studying the preparation technology of preform and fiber. The final purpose of the research is to achieve the efficient 2 μm laser output in modified silica glass fiber. The proposal provides an effective method to improve the solubility of rare earth ions in silica glass and prepare silica fiber preform with high rare earth ions concentration to prepare high quality and high rare earth ions doped silica glass fiber.

2 μm波段激光在军事、医疗和遥感探测等领域有着广阔的应用前景，因此开发高质量的2 μm输出的钬掺杂石英玻璃光纤具有非常重要的意义。开发此类光纤的关键之一是实现钬离子的高掺杂，从而获得高的增益系数以及稳定的单频激光输出，但是石英玻璃致密的网络结构限制了钬离子的溶解度。为解决这一难题，本课题拟采用惰性稀土与铝离子共掺的方式来获得2 μm输出的高浓度钬掺杂石英玻璃与光纤。通过研究惰性稀土与铝离子共掺对钬离子掺杂石英玻璃的结构、物理性质、热力学性质以及光谱性质的影响，获得物化性能及发光性能兼优的石英玻璃光纤组分。通过预制棒制备工艺的研究，获得高掺杂、低损耗的光纤。最终在改性的石英玻璃双包层光纤中实现高效率的2 μm激光输出。本研究提出了一种提高稀土离子在石英玻璃中溶解度的新方法、以及制备高浓度稀土离子均匀掺杂石英预制棒的新方法，为高质量、高浓度稀土掺杂石英玻璃光纤的研制提供一种全新的解决方案。

2μm波段激光在军事、医疗和遥感探测等领域有着广阔的应用前景，因此开发高质量的2μm输出的钬掺杂石英玻璃具有非常重要的意义。开发此类玻璃的关键之一是实现钬离子的高掺杂，从而获得高的增益系数以及稳定的单频激光输出，但是石英玻璃致密的网络结构限制了钬离子的溶解度。为解决这一难题，本课题采用惰性稀土与铝离子共掺的方式来获得2μm输出的高浓度钬掺杂石英玻璃。研究了不同Y3+/Al3+比对高浓度Ho掺杂石英玻璃的结构与光谱性质的影响，通过对玻璃样品结构与光谱性质的分析，我们可以知道Y3+离子可以使得高浓度的Ho3+在玻璃中的分散性变好，并且Y3+离子可以改善Ho离子的光谱性能。研究了不同La3+/Al3+和Y3+/Al3+比对高浓度Ho掺杂石英玻璃的结构与光谱性质的影响，通过对玻璃样品结构与光谱性质的分析，我们可以知道La3+或者Y3+离子均可以使得高浓度的Ho3+在玻璃中的分散性变好，并且La3+离子对Ho3+离子的分散性更均匀。通过研究惰性稀土与铝离子共掺对钬离子掺杂石英玻璃的结构、物理性质、热力学性质以及光谱性质的影响，构建了惰性稀土与铝离子共掺对改善石英玻璃中高浓度稀土团簇的机理。本研究不仅可以提供一种提高稀土离子在石英玻璃中溶解度的方法，而且可以对高浓度稀土掺杂石英光纤的组分进行优化，为制备高质量的高浓度稀土掺杂石英玻璃光纤提供依据。