首次实现5.60–5.83 μm波段连续波Pr3+掺杂硫系玻璃光纤激光器——中红外激光技术的重要突破

本刊推荐：该研究首次在Pr3+掺杂硫系玻璃光纤（Chalcogenide Fiber）中实现5.60–5.83 μm波段室温连续激光输出，采用1.46 μm泵浦获得17 mW最大功率，为 mid-IR（中红外）激光在生物传感、气体检测等生命科学应用提供了新材料与关键技术突破。

　　

Highlight

Experimental

500 ppm(wt)（即1×10¹⁹ cm^?3）Pr³⁺掺杂的Ge₂₀Ga₅Sb₁₀Se₆₅玻璃与未掺杂的Ge₁₂As₂₀Sb₅S₆₃玻璃被选作活性光纤的芯层与包层材料。这些组分此前已在Ce³⁺与Tb³⁺掺杂硫系光纤中展现出优异的中红外激光性能。

目前，有两种制备高纯度稀土掺杂（REE-doped）硫系玻璃的有效方法可用于制造激光块体样品与光纤。其中一种方法[24]工艺简单……

Results

所制备芯层与包层玻璃的吸收系数谱如图3所示。氧杂质以Ge–O键形式存在的质量分数低于检测限<0.1 ppm(wt)。

在Pr³⁺掺杂的Ge₂₀Ga₅Sb₁₀Se₆₅玻璃光谱中，除770 cm^?1处的本征吸收带与Pr³⁺离子电子跃迁引起的吸收带外，未观察到以Ge–O、H₂O、SeH、GeH形式存在的氢、氧杂质吸收带……

Discussions

先前，文献[10]中所述的超纯稀土掺杂硒化物玻璃制备方法的开发，使得能够在Pr³⁺掺杂块体玻璃样品[21]及Tb³⁺、Ce³⁺、Nd³⁺离子掺杂芯玻璃光纤中观察到～5 μm波长区域的激光产生[9,22,23,31–33]。实现5 μm附近的激光发射与可测量的输出功率很大程度上取决于玻璃中微米及亚微米尺寸包裹体的存在。所有产生激光的玻璃……

Conclusions

通过反应蒸馏与化学气相输运相结合的方法，制备了具有超低限制性溶解杂质与异相杂质含量的500 ppm(wt) Pr³⁺掺杂Ge₂₀Ga₅Sb₁₀Se₆₅玻璃。采用双坩埚法通过熔体拉丝制备了26/220 (μm)直径的500 ppm(wt) Pr³⁺掺杂Ge₂₀Ga₅Sb₁₀Se₆₅/Ge₁₂As₂₀Sb₅S₆₃芯包光纤。在Pr³⁺掺杂硫系玻璃光纤中，首次在室温下通过1.46 μm泵浦获得了5.60–5.83 μm范围的连续波激光发射……