[發明專利]基于Ho3+

在審

• 申請號: 202011156422.X
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112266167A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 王鵬飛;趙海燕;王順賓
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: C03C3/32
• 分類號: C03C3/32;C03C12/00;C03C13/00;C03B37/15;C03B37/022;C03B19/10;H01S3/067;H01S3/094;B82Y20/00;B82Y40/00
• 代理公司: 深圳市精英專利事務所 44242
• 代理人: 李瑩

本發明公開了一種基于Ho³⁺離子摻雜的ZBLAN玻璃材料、玻璃微球、微球激光器的制作方法，涉及微腔激光器技術領域。具體公開了一種Ho³⁺離子摻雜的ZBLAN玻璃材料，所述玻璃材料的摩爾組成按化學式表示為：53ZrF₄?19BaF₂?4LaF₃?3AlF₃?20NaF，并摻雜濃度1mol％的Ho³⁺離子，以上各組成摩爾百分比之和為100％。另外，還公開了一種Ho³⁺離子摻雜的ZBLAN玻璃微球的制備方法以及一種基于Ho³⁺離子摻雜的ZBLAN玻璃微球的激光器的制備方法和調節方法。本發明具有低閾值、窄線寬等優點，且制備方法簡單，可實現2μm波段激光器的小型化和集成化。本發明得到的2μm波段近紅外激光，可以應用于量子通訊、高靈敏度傳感、集成光學等諸多領域。

技術領域

本發明涉及微腔激光器技術領域，尤其涉及一種基于Ho³⁺離子摻雜的ZBLAN玻璃材料、玻璃微球、微球激光器的制作方法。

背景技術

近年來，波長約為2.0μm的人眼安全波段激光在激光醫療系統、相干激光雷達、激光成像、中紅外遙感化學傳感、中紅外激光泵浦源等領域的應用已引起廣泛關注。常見的能夠產生2.0μm激光輻射的稀土離子包括銩離子(Tm³⁺)和鈥離子(Ho³⁺)。Tm³⁺離子在常用的793nm或808nm半導體激光器的激發下，Tm³⁺:³F₄→³H₆躍遷過程可產生2.0μm波段的激光。學者們已經對Tm³⁺摻雜的2.0μm光纖激光器展開了大量的研究。

Ho³⁺:⁵I₇→⁵I₈躍遷同樣可產生2.0μm波段的激光。然而Ho³⁺不能用常見的980或808nm商業激光二極管直接泵浦。根據Ho³⁺摻雜ZBLAN玻璃的吸收光譜，Ho³⁺在1150nm波段附近具有強烈的吸收，因此，本發明利用1150nm拉曼激光器直接泵浦Ho³⁺離子得到了2.0μm波段的激光。

高品質因子(Q值)的回音壁模式(WGM)微腔由于其在低閾值、窄線寬激光器和拉曼激光器的潛在應用，已經成為學者們的研究熱點。基于WGM模式的微球腔具有很強的光限制能力，具備比其他微腔結構跟高的Q值，因此可實現低閾值和高耦合效率的激光器。目前，微球激光器介質材料主要集中在碲酸鹽、磷酸鹽、二氧化硅和氟化物玻璃材料。與其他玻璃材料相比，氟化鋯基玻璃具有聲子能量低，透過窗口寬，對稀土溶解度高，受激發射截面大等優點，從而具有高增益效果。另外，由于其玻璃轉變溫度低，因此可以在相對較低的溫度下制備成微球。ZBLAN玻璃是一種著名的氟化鋯基玻璃，具有寬的透明窗口(λ～0.22-6μm)和低聲子能量(580cm^-1)，已在光纖激光器和放大器中得到了廣泛的應用，并且表現出優異的光學性能。

隨著光信息技術的發展，對于光學器件的尺寸要求日益增高。玻璃微球以其極高的Q值和極小的模式體積特性在低閾值激光發射、集成光學、非線性光學、傳感和量子通訊等領域有著廣闊的發展前景。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種基于Ho³⁺離子摻雜的ZBLAN玻璃微球激光器，可產生2μm波段低閾值的激光發射。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是如何制備一種基于Ho³⁺摻雜的ZBLAN氟化鋯基玻璃微球激光器，以實現低閾值2μm近紅外波段的激光輸出。

為了解決上述問題，本發明提出以下技術方案：