光纤放大器用掺稀土多组分特种光学玻璃研究

以研究具有宽带光放大功能的铒和铥掺杂玻璃光纤材料所涉及的新材料和新工艺基础问题为目标。从镓锗铋酸盐光学玻璃系统出发，通过调整基质玻璃组分和掺杂稀土离子的种类、浓度和掺杂方式，寻找和优化玻璃组成，研究铒和铥掺杂多组分玻璃物化性质及光学光谱特性。旨在寻找用于1.5 μm波段光纤放大器的特种光纤玻璃材料，探索红外-可见上转换光纤激光器的特种光纤玻璃材料，最终得到发光效率高，具有良好物理化学性质和机械加工性能的，适合用于光纤放大器的重金属镓锗铋酸盐玻璃材料，为我国光电子科技发展奠定基础。

目前光纤放大器结合波分复用成为光通信主流方向，提高低损耗窗口1.5 m波段发光成为研究的焦点，本项目探索应用于1.5-m发光的镓锗酸盐新材料及其物理化学和光谱特性，为其在光纤放大器和激光器中的潜在应用提供基础。研究了Ga2O3-GeO2-Bi2O3-Na2O玻璃的热稳定性，寻找到抗析晶性良好的新型改性15Ga2O3-75GeO2-10R2O（R=Li，Na，K）玻璃。通过碱金属氧化物改变能调整Er3+发光，引入K2O提高了抗析晶性能和1.5μm发光，降低了上转换发光。利用混合碱效应，随着K2O对Na2O逐步取代，改善了1.53-m发光和抗析晶性能（ΔT达168℃）, 优化Na2O/K2O摩尔比1:4。 980 nm LD下1.53-m发光受激发射截面为9.32 ×10-21 cm2，且它与荧光半高宽的乘积为4.15-4.74×10-26 cm3，具有好的增益带宽，可见Ga2O3-GeO2-Na2O-K2O玻璃是一种用于1.53 μm发光有前景的光纤放大器材料。研究Er3+/Ce3+(Tb3+)掺杂镓锗钠（GGN）玻璃光谱发现 Ce3+的加入提高了1.53-m 发光并抑制了上转换强度，最佳CeO2掺量为0.1 mol%。Tb3+共掺降低了上转换和1.53-μm发射强度。对Er3+/Yb3+/Ce3+掺杂GGN玻璃研究发现Yb3+的引入增强了1.5-μm发光和上转换发光强度，而引入适量CeO2提高了1.5-μm发光，降低了上转换发光，优化Yb2O3/CeO2摩尔比3:1左右。对Ga2O3-GeO2-TeO2-Na2O玻璃研究发现GeO2-TeO2-Na2O玻璃透过率高于86%。随着TeO2逐步取代GeO2，ΔT达174℃，降低了玻璃最大声子能量，缩短了紫外吸收边；随着Ga2O3逐步取代GeO2，稳定了玻璃网络结构，提高了1.5µm发光强度。对比研究Tm3+/RE3+ (RE3+=Ho3+,Tb3+,Sm3+,Dy3+)共掺GGN玻璃荧光光谱发现随着RE3+浓度增长I1.47/I1.8 比率增长了，且Tm3+/Tb3+共掺样品增长率最快。对比研究980 和 808 nm LD下Tm3+/Er3+/Yb3+共掺GGN玻璃光谱发现980 nm LD下Yb3+对Er3+和Tm3+的能量传递起主要作用, 808 nm LD下Er3+和Tm3+间的能量传递起主要作用。