應(yīng)用于2.1 μm激光的Tm3+/Ho3+共摻氟碲酸鹽微結(jié)構(gòu)光纖研究

李成植， 姚傳飛， 王順賓， 賈志旭， 何春風(fēng)， 趙 丹， 秦冠仕， 秦偉平

(吉林大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院 集成光電子國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 吉林 長(zhǎng)春 130012)

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應(yīng)用于2.1 μm激光的Tm3+/Ho3+共摻氟碲酸鹽微結(jié)構(gòu)光纖研究

李成植， 姚傳飛， 王順賓， 賈志旭， 何春風(fēng)， 趙 丹， 秦冠仕*， 秦偉平

(吉林大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院 集成光電子國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 吉林 長(zhǎng)春 130012)

采用棒管法制備了低羥基含量的Tm3+/Ho3+共摻氟碲酸鹽微結(jié)構(gòu)光纖。當(dāng)使用波長(zhǎng)為1 560 nm的激光器泵浦 Tm3+/Ho3+共摻光纖時(shí)，處于Tm3+基態(tài)3H6的電子被激發(fā)至3F4能級(jí)，進(jìn)一步通過(guò)Tm3+和Ho3+間的能量傳遞過(guò)程3F4→3H6(Tm3+)：5I8→5I7(Ho3+)(能量失配為745 cm-1)布居Ho3+的5I7能級(jí)，5I7能級(jí)上的電子向5I8能級(jí)躍遷發(fā)射出2.1 μm的光。使用1 560 nm光纖激光器作為泵浦源，18 cm 長(zhǎng)的Tm3+/Ho3+氟碲酸鹽微結(jié)構(gòu)光纖作為增益介質(zhì)，獲得了波長(zhǎng)為2 063 nm的激光輸出。所得激光的斜率效率為12.9%，激光閾值為163 mW，未飽和的最大輸出功率為40 mW。研究結(jié)果表明，Tm3+/Ho3+共摻氟碲酸鹽微結(jié)構(gòu)光纖可用于制作2.1 μm光纖激光器。

氟碲酸鹽； 2.1 μm 激光； Tm3+/Ho3+； 微結(jié)構(gòu)光纖

1 引 言

近年來(lái)，2 μm波段的光纖激光器由于可被用于光通信、相干激光雷達(dá)、臨床醫(yī)療手術(shù)、大氣傳感以及污染檢測(cè)而受到廣泛關(guān)注[1-5]。目前，人們通常采用在光纖基質(zhì)中摻雜Tm3+以及Ho3+來(lái)實(shí)現(xiàn)2 μm激光輸出。Jackson等[6]于1998年在Tm3+摻雜的石英光纖中實(shí)現(xiàn)了最大功率為5.4 W的2 μm激光，斜率效率31%。Kurkov等[7]于2010年在摻雜Ho3+的石英光纖中，使用1 147 nm的激光作為泵浦光實(shí)現(xiàn)了2.1 μm激光輸出，最大輸出功率為10 W。與Tm3+光纖激光相比， Ho3+光纖激光可以輸出更長(zhǎng)波長(zhǎng)的激光。更長(zhǎng)的激光波長(zhǎng)意味著大氣的通過(guò)率更高，在某些應(yīng)用上更有優(yōu)勢(shì)[8-11]。理論上Ho3+在2.1 μm處的發(fā)射截面為T(mén)m3+發(fā)射截面的5倍左右。但是Ho3+存在一個(gè)不可忽視的缺點(diǎn)，即其能級(jí)結(jié)構(gòu)決定了Ho3+無(wú)法使用商用激光器(800 nm，980 nm)作為泵浦光，這限制了2.1 μm波長(zhǎng)Ho3+摻雜光纖激光器的應(yīng)用。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，研究者們提出了Ho3+與Tm3+共摻雜的方式，將Ho3+激光波長(zhǎng)長(zhǎng)、發(fā)射截面大的優(yōu)點(diǎn)與Tm3+激光可用商用LD作為泵浦源的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)。Oh等[12]于1994年首次采取在Tm3+/Ho3+共摻的石英光纖實(shí)現(xiàn)了2.096 μm的激光輸出，激光斜率為4.2%，最大輸出功率為12.5 mW。Tsang等[13]在2008年采用Tm3+/Ho3+共摻的方式在碲酸鹽光纖中也實(shí)現(xiàn)了2.1 μm的激光輸出，激光斜率效率達(dá)62%。盡管在石英、鍺酸鹽、碲酸鹽、氟化物等光纖中均已實(shí)現(xiàn)了2.1 μm的激光輸出，但是為了進(jìn)一步提高激光器的性能，如激光器斜率效率、最大輸出功率、散熱性能和激光閾值等，人們?nèi)匀辉谔剿鞲舆m用于中紅外波段光纖激光器的光纖基質(zhì)材料[14-16]。其中氟碲酸鹽玻璃由于兼具有碲酸鹽玻璃穩(wěn)定性好、稀土離子發(fā)射截面大和氟化物玻璃聲子能量低等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是極具應(yīng)用潛力的中紅外材料而受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注[17-20]。顧名思義，氟碲酸鹽玻璃即是向傳統(tǒng)的碲酸鹽玻璃中摻雜如氟化物組分。2003年，O’Donnell等[21]研究了氟碲酸鹽玻璃的性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)氟碲酸鹽玻璃相對(duì)于傳統(tǒng)的碲酸鹽玻璃具有更寬的紅外透過(guò)光譜(0.4～6 μm)和更低的聲子能量；同時(shí)，氟離子的加入會(huì)使得碲酸鹽玻璃中的O—H鍵斷裂，極大地降低玻璃中羥基的含量，提高了玻璃的中紅外性能。2012年，Zhan 等[22]研究了氟碲酸鹽玻璃中Er3+的發(fā)光性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)氟化物的引入可以顯著提高Er3+：2.7 μm的發(fā)光性能。He等在2009年研究了Ho3+摻雜氟碲酸鹽玻璃中2.1 μm的發(fā)光，發(fā)現(xiàn)了其品質(zhì)因子(σem×τf)為 7.13×10-27m2·s，這個(gè)值比碲酸鹽玻璃、氟化物玻璃、石英玻璃的都大，表明氟碲酸鹽玻璃是一種較為理想的用于2.1 μm激光的基質(zhì)材料[23]。

雖然氟碲酸鹽玻璃中的2.1 μm的發(fā)光性質(zhì)已經(jīng)有了較為系統(tǒng)的研究，然而到目前為止，仍然沒(méi)有采用Tm3+/Ho3+共摻雜氟碲酸鹽光纖實(shí)現(xiàn)2.1 μm激光輸出的報(bào)道，其原因是氟化物的引入會(huì)導(dǎo)致玻璃基質(zhì)在拉制光纖時(shí)容易析晶。因此，探索出一種具有低聲子能量、寬的紅外透過(guò)譜、化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性優(yōu)異的氟碲酸鹽光纖是目前研究的熱點(diǎn)及難點(diǎn)。

本文采用物理化學(xué)除水法制備出了一種低羥基(—OH)含量的Tm3+/Ho3+共摻氟碲酸鹽玻璃。利用其作為纖芯材料，使用捆綁法和棒管法制備出了Tm3+/Ho3+共摻雜的氟碲酸鹽微結(jié)構(gòu)光纖。進(jìn)一步以這種光纖作為增益介質(zhì)，以1 570 nm的摻Er3+光纖激光器作為泵浦源，獲得了2.1 μm激光輸出，激光的斜率效率為12.9%，未飽和的最大輸出功率為40 mW，激光閾值為163 mW。該激光性能較之前的Tm3+/Ho3+共摻雜碲酸鹽微結(jié)構(gòu)光纖激光有了較大的提升[24]。據(jù)我們所知，這也是首次采用Tm3+/Ho3+共摻氟碲酸鹽光纖實(shí)現(xiàn)了2.1 μm激光輸出。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 Tm3+/Ho3+共摻氟碲酸鹽玻璃的制備與表征

首先，我們用傳統(tǒng)熱熔法制備了Tm3+/Ho3+共摻的氟碲酸鹽玻璃以及用作包層的氟碲酸鹽玻璃，其量比分別為70TeO2-20BaF2-9Y2O3-0.5Tm2O3-0.5Ho2O3(TBYTH)和(90-x)TeO2-xBaF2-10Y2O3(TBY)。在本實(shí)驗(yàn)中使用的化學(xué)藥品純度均為99.99%。將配合好的10 g藥品充分混合，用剛玉坩堝盛放，先放入400 ℃的馬弗爐里面預(yù)除水3 h，然后放入950 ℃的馬弗爐內(nèi)熔融30 min，全程向爐子里面通入干燥的氧氣。最后將熔融的玻璃液傾倒在370 ℃預(yù)熱的的銅模具上，在370 ℃下精密退火3 h。將退完火的玻璃研磨拋光，切成10 mm×10 mm×1 mm的樣品進(jìn)行光譜性質(zhì)及熱學(xué)性質(zhì)的測(cè)量。

2.2 儀器與測(cè)試

玻璃的300～2 500 nm波段透過(guò)譜使用島津Shimadzu UV3600分光光度計(jì)測(cè)試，2 500～7 000 nm波段由Nicolet 6700 FTIR紅外光譜儀測(cè)試。玻璃的折射率由XLS100橢偏儀測(cè)得。另外，我們還使用PerkinElmer TGDTA6200測(cè)試了差熱分析性質(zhì)，測(cè)試范圍是30～1 000 ℃，步長(zhǎng)為10 ℃/min。

3 結(jié)果與討論

3.1 TmHo共摻雜氟碲酸鹽玻璃的光譜分析

圖1(a)為T(mén)m3+/Ho3+共摻雜氟碲酸鹽玻璃的吸收譜，圖中所標(biāo)示出的為T(mén)m3+、Ho3+從基態(tài)到各個(gè)激發(fā)態(tài)的吸收峰。由于Tm3+的存在，該材料在800 nm和1 570 nm處有吸收，因此可以被波長(zhǎng)為800 nm和1 570 nm的激光激發(fā)。插圖為2 500～7 000 nm的紅外透過(guò)譜，可以看到所得氟碲酸鹽玻璃的紅外吸收可到6 500 nm。圖中2.76～3.86 μm的吸收是由玻璃中羥基所引起的，計(jì)算可知羥基的～3.079 μm處吸收峰的吸收系數(shù)為～0.1 cm-1(～0.43 dB/cm)，是目前所得到的較低的羥基含量。圖1(b)為不同BaF2含量的玻璃(90-x)TeO2-xBaF2-10Y2O3(x=0,5,10,15,20,25,30,35,40)中羥基在～3.079 μm處的吸收系數(shù)隨x的變化。當(dāng)引入BaF2的摩爾分?jǐn)?shù)小于15%時(shí)，隨BaF2含量的增大，羥基的吸收系數(shù)逐漸減小，當(dāng)BaF2摩爾分?jǐn)?shù)大于15%時(shí)，羥基的吸收系數(shù)保持不變，此時(shí)BaF2的作用達(dá)到飽和?？梢?jiàn)，玻璃內(nèi)的羥基含量可以通過(guò)引入BaF2來(lái)有效地降低。

圖1 (a)Tm3+/Ho3+共摻氟碲酸鹽玻璃的吸收光譜，插圖為玻璃2 500～7 000 nm的紅外透過(guò)譜；(b)氟碲酸鹽玻璃的3.079 μm處羥基的吸收系數(shù)隨BaF2摩爾分?jǐn)?shù)的變化趨勢(shì)。

Fig.1 (a) Absorption spectra of Tm3+/Ho3+co-doped fluorotellurite glass. Inset shows the transmittance spectra from 2 500 to 7 000 nm. (b) Absorbance of OH-in fluorotellurite glasses as the function of BaF2mole fraction.

圖2為本實(shí)驗(yàn)中用于纖芯和包層的玻璃材料的DTA曲線。包層玻璃的轉(zhuǎn)變溫度Tg和析晶溫度Tx分別為424 ℃和522 ℃，纖芯玻璃的轉(zhuǎn)變溫度Tg和析晶溫度Tx分別為425 ℃和528 ℃。包層玻璃和纖芯玻璃的ΔT=Tx-Tg分別為98 ℃和102 ℃，說(shuō)明這兩種玻璃材料具有較好的熱穩(wěn)定性能，可以制備光纖。而且這兩種玻璃的轉(zhuǎn)變溫度(425 ℃)要比之前報(bào)道的氟碲酸鹽玻璃組分(60TeO2-30ZnF2-10NaF)的轉(zhuǎn)變溫度(～287 ℃)要高[22]，原因是我們引入了熔點(diǎn)較高的的氧化釔Y2O3。較高的轉(zhuǎn)變溫度可以保證基于這種玻璃基質(zhì)的光纖具有較高的損傷閾值。

根據(jù)Tm3+/Ho3+共摻雜氟碲酸鹽玻璃的吸收譜，我們按照文獻(xiàn)[24]中的公式計(jì)算了Ho3+在2.1 μm處的吸收截面和發(fā)射截面。2 048 nm處的發(fā)射截面為7.75×10-21cm2，大于碲酸鹽、鍺酸鹽、氟化物玻璃中的發(fā)射截面，因此，基于TBY組分的氟碲酸鹽玻璃是一種應(yīng)用于2.1 μm激光的理想基質(zhì)材料[25]。

圖2 纖芯玻璃和包層玻璃的DTA曲線

3.2 氟碲酸鹽微結(jié)構(gòu)光纖的制備

首先，我們以改進(jìn)的吮吸法制備了直徑為7 mm的階躍型的預(yù)制棒[26]。這個(gè)預(yù)制棒由兩部分組成：外層是一層厚度很薄的小包層(1.5 mm)，材料組分為65TeO2-25BaF2-10Y2O3；里面是實(shí)心的Tm3+/Ho3+共摻的氟碲酸鹽玻璃。然后，將該預(yù)制棒拉成直徑為1.8 mm的細(xì)棒，并將同等尺寸的6個(gè)空心的毛細(xì)管與該細(xì)棒捆綁放入套管內(nèi)拉制二次預(yù)制棒。最后，使用套管法再進(jìn)行一次拉制，將預(yù)制棒拉制成氟碲酸鹽微結(jié)構(gòu)光纖。

圖3(a)為二次預(yù)制棒的截面圖，光纖的橫截面如圖3(b)所示。圖3(b)中虛線內(nèi)為微結(jié)構(gòu)光纖的纖芯區(qū)域，纖芯的直徑為6 μm。在2.1 μm波長(zhǎng)處，纖芯材料的折射率為1.798，包層的折射率為1.773。纖芯被一層低折射率的氟碲酸鹽材料和3層空氣孔所包圍。這種結(jié)構(gòu)的好處是光可以被很強(qiáng)地限制在纖芯內(nèi)傳播，且具有模場(chǎng)積分因子可調(diào)的性質(zhì)；另外由于一層小包層的存在，空氣中的水分子以及灰塵等臟東西也不易進(jìn)入空氣孔中影響光纖的性能。圖4為使用Mode Solution軟件計(jì)算得到的光纖中模式的受限損耗。在2.1 μm波長(zhǎng)處， LP01、LP11、LP12模式的損耗分別為1.85×10-10, 7.27×10-6, 6.32×10-6dB/m。我們使用回切法測(cè)試了未摻雜的光纖在1 560 nm處的傳輸損耗為3.6 dB/m。

圖3 Tm3+/Ho3+共摻氟碲酸鹽光纖預(yù)制棒(a)以及光纖(b)的橫截面圖

Fig.3 Cross-section of Tm3+/Ho3+co-doped fluorotellurite preform rod(a) and fiber(b)

圖4 Tm3+/Ho3+共摻氟碲酸鹽微結(jié)構(gòu)光纖的受限損耗

Fig.4 Confinement loss of Tm3+/Ho3+co-doped fluorotellurite microstructure fiber

3.3 Tm3+/Ho3+共摻氟碲酸鹽微結(jié)構(gòu)光纖的激光性能

為表征Tm3+/Ho3+共摻氟碲酸鹽微結(jié)構(gòu)光纖在2.1 μm處的激光性能，我們搭建了如圖5所示的裝置。泵浦源為1臺(tái)波長(zhǎng)為1 560 nm的摻Er3+光纖激光器，輸出的激光經(jīng)過(guò)透鏡組耦合進(jìn)Tm3+/Ho3+共摻氟碲酸鹽微結(jié)構(gòu)光纖中。微結(jié)構(gòu)光纖中輸出的光由1根大模場(chǎng)面積的石英光纖(模場(chǎng)面積為～3 140 μm2，數(shù)值孔徑為0.45)，導(dǎo)入到1臺(tái)光譜分析儀(Yokogawa AQ6375)。在本實(shí)驗(yàn)中，2.1 μm激光器的諧振腔腔鏡是由微結(jié)構(gòu)光纖本身的端面處的菲涅爾反射(反射率為～9%)構(gòu)成，因此不需要額外加入反射鏡就可以在微結(jié)構(gòu)光纖中得到激光振蕩，大大簡(jiǎn)化了激光器系統(tǒng)。

圖5 2.1 μm Tm3+/Ho3+共摻氟碲酸鹽光纖激光器的實(shí)驗(yàn)裝置圖

Fig.5 Schematic diagram of the experimental setup for Tm3+/Ho3+fiber laser

圖6(a)為泵浦光為477.5 mW時(shí)，15 cm的Tm3+/Ho3+共摻氟碲酸鹽微結(jié)構(gòu)光纖輸出的激光光譜。激光波長(zhǎng)為2 059 nm，閾值為182 mW。隨著泵浦激光功率增大到477.5 mW，2.1 μm激光未飽和的最大輸出功率為30.66 mW，激光的斜率效率為9.1%，如圖6(b) 所示。這里的斜率效率高于之前報(bào)道的Tm3+/Ho3+共摻碲酸鹽微結(jié)構(gòu)光纖激光器的斜率效率～2.97%[24]。

之后，我們通過(guò)將光纖長(zhǎng)度增加到18 cm，得到了2 063 nm的激光輸出，激光斜率效率為12.9%，閾值為163 mW，如圖7所示。光纖長(zhǎng)度增大導(dǎo)致激光波長(zhǎng)向長(zhǎng)波移動(dòng)了4 nm，原因是長(zhǎng)光纖中較強(qiáng)的再吸收作用。而斜率效率升高是因?yàn)楣饫w長(zhǎng)度增大后，激光器的增益長(zhǎng)度變大可以增加對(duì)泵浦光的利用率，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為2.1 μm的激光。閾值降低的原因是光纖的增益長(zhǎng)度變大使其在2.1 μm處的增益變大，當(dāng)增益滿足激光振蕩時(shí)即有激光輸出，因此激光閾值會(huì)降低。

圖6 (a) 泵浦光功率為477.5 mW時(shí)，15 cm長(zhǎng)的Tm3+/Ho3+共摻氟碲酸鹽光纖中的2.1 μm激光和泵浦光的光譜圖；(b) 2.1 μm激光功率與泵浦光功率的關(guān)系。

Fig.6 (a) Spectrum of 2.1 μm laser and pump laser from 15 cm Tm3+/Ho3+fluorotellurite microstructure fiber with the pump power of 477.5 mW. (b) Output power of 2.1 μm laser as a function of the launched pump power.

圖7 (a) 泵浦光功率為477.5 mW時(shí)，18 cm長(zhǎng)的Tm3+/Ho3+共摻氟碲酸鹽光纖中的2.1 μm激光和泵浦光的光譜圖；(b) 2.1 μm激光功率與泵浦光功率的關(guān)系。

Fig.7 (a) Spectrum of 2.1 μm laser and pump laser from 18 cm Tm3+/Ho3+fluorotellurite microstructure fiber with the pump power of 477.5 mW. (b) Output power of 2.1 μm laser as a function of the launched pump power.

4 結(jié) 論

采用物理化學(xué)除水法制備出了一種低羥基(—OH)含量的Tm3+/Ho3+共摻氟碲酸鹽玻璃，以其為纖芯材料，使用捆綁法和棒管法拉制了Tm3+/Ho3+共摻雜的氟碲酸鹽微結(jié)構(gòu)光纖。以這種光纖作為增益介質(zhì)，使用1 570 nm的摻Er3+光纖激光器作為泵浦源，獲得了2.1 μm的激光輸出，激光的斜率效率為12.9%，未飽和的最大輸出功率為40 mW，激光閾值為163 mW。據(jù)我們所知，這是首次采用Tm3+/Ho3+共摻氟碲酸鹽光纖實(shí)現(xiàn)了2.1 μm激光輸出。

[1] SHI W, FANG Q, ZHU X,etal.. Fiber lasers and their applications [J].Appl.Opt., 2014, 53(28):6554-6568.

[2] 趙建川,郭汝海,孫濤. 艦載激光武器的發(fā)展歷程及趨勢(shì)分析 [J]. 中國(guó)光學(xué)， 2013, 6(2):151-155. ZHAO J C, GUO R H, SUN T. Development history and trend analysis of ship borne laser weapons [J].Chin.Opt., 2013, 6(2):151-155. (in Chinese)

[3] LOU F G, KUAN P W, ZHANG L,etal.. 2 μm laser properties of Tm3+-doped large core sol-gel silica fiber [J].Opt.Mater.Express, 2014, 4(6):1267-1275.

[4] HENDERSON S W, HALE C P, MAGEE J R,etal.. Eye-safe coherent laser radar system at 2.1 μm using Tm, Ho∶YAG lasers [J].Opt.Lett., 1991, 16(10):773-775.

[5] HEMMING A, SIMAKOV N, HAUB J,etal.. A review of recent progress in holmium-doped silica fiber sources [J].Opt.Fiber.Technol., 2014, 20:621-630.

[6] JACKSON S D, KING T A. High-power diode-cladding-pumped Tm-doped silica fiber laser [J].Opt.Lett., 1998, 23(18):1462-1464.

[7] KURKOV A S, DVOYRIN V V, MARAKULIN A V. All-fiber 10 W holmium lasers pumped atλ=1.15 μm [J].Opt.Lett., 2010, 35(4):490-492.

[8] GIBERT F， EDOUART D， CENAC C，etal.. 2 μm Ho emitter-based coherent DIAL for CO2profiling in the atmosphere [J].Opt.Lett., 2015, 40(13):3093-3096.

[9] WANG X, ZHOU P, WANG X,etal.. Tm-Ho co-doped all-fiber brand-range self-sweeping laser around 1.9 μm [J].Opt.Express, 2013, 21(14):16290-16295.

[10] GIBERT F, EDOUART D, CENAC C,etal.. 2 μm high-power multiple-frequency single-modeQ-switched Ho∶YLF laser for DIAL application [J].Appl.Phys. B, 2014, 116(4):967-976.

[11] ANTIPOV S O, BARANIKOV A V, MARAKULIN A V,etal.. A powerful broadband Ho-doped fiber source in the 2 μm region [J].LaserPhys.Lett., 2013, 10(10):105106-1-6.

[12] OH K, MORSE T F, REINHART A K L,etal.. Continuous-wave oscillation of thulium-sensitized holmium-doped silica fiber laser [J].Opt.Lett., 1994, 19(4):278-280.

[13] TSANG Y, RICHARDS B, BINKS D,etal.. Tm3+/ Ho3+co-doped tellurite fiber laser [J].Opt.Lett., 2008, 33(11):1282-1284.

[14] WALSH B M. Dual wavelength lasers [J].LaserPhys., 2010, 20(3):622-634.

[15] TAO M M, YAN Y, YE X S,etal.. Tm-Ho co-doped fiber based all fiber amplification of a gain-switched 2 μm fiber laser [J].Optik, 2014, 125(20):6198-6200.

[16] CHEN S Y, YEO T L, LEIGHTON J,etal.. Tm∶Ho co-doped single mode optical fibre laser pumped by a 1 600 nm Er fibre laser [J].Opt.Commun., 2008, 281(9):2567-2571.

[17] LIN A X, RYASNYANSKIY A, TOULOUSE J. Fabrication and characterization of a water-free mid-infrared fluorotellurite glass [J].Opt.Lett., 2011, 36(5):740-742.

[18] LIAO G H, CHEN Q P, XING J J,etal.. Preparation and characterization of new fluorotellurite glasses for photonics application [J].J.Non-Cryst.Solids, 2009, 355(7):447-452.

[19] GEBAVI H, TACCHEO S, BALDA R,etal.. The effect of ZnF2on the near-infrared luminescence from thulium doped tellurite glasses [J].J.Non-Cryst.Solids, 2012, 358(12-13):1497-1500.

[20] MA Y Y, HUANG F F, HU L L,etal.. Efficient 2.05 μm emission of Ho3+/Yb3+/Er3+triply doped fluorotellurite glasses [J].Spectrochim.ActaA, 2014, 122:711-714.

[21] O’DONNELL M D, MILLER C A, FURNISS D,etal.. Fluorotellurite glasses with improved mid-infrared transmission [J].J.Non-Cryst.Solids, 2003, 331(1-3):48-57.

[22] ZHAN H, ZHOU Z, HE J,etal.. Intense 2.7 μm emission of Er3+-doped water-free fluorotellurite glasses [J].Opt.Lett., 2012, 37(16):3408-3410.

[23] HE J L, ZHAN H, ZHOU Z G,etal.. Study on 2.0 μm fluorescence of Ho-doped water-free fluorotellurite glasses [J].Opt.Mater., 2013, 35:2573-2576.

[24] 孟祥偉,姚傳飛,王善德，等. Tm3+/Ho3+共摻碲酸鹽微結(jié)構(gòu)光纖激光器 [J]. 發(fā)光學(xué)報(bào)， 2015, 36(1):94-98. MENG X W， YAO C F， WANG S D,etal.. Tm3+/Ho3+co-doped tellurite microstructure fiber lasers [J].Chin.J.Lumin., 2015, 36(1):94-98. (in Chinese)

[25] PENG B, IZUMITANI T. Optical properties, fluorescence mechanisms and energy transfer in Tm3+, Ho3+and Tm3+/Ho3+doped near-infrared laser gasses, sensitized by Yb3+[J].Opt.Mater., 1995, 4(6):797-810.

[26] GOEL N K, PICKRELL G, STOLEN R. An optical amplifier having 5 cm long silica-clad erbium doped phosphate glass fiber fabricated by “core-suction” technique [J].Opt.FiberTechnol., 2014, 20(4):325-327.

李成植(1993-)，男，吉林長(zhǎng)春人，在讀本科生，主要從事中紅外特種光纖激光器的研究。

E-mail: 15948304370@163.com

秦冠仕(1976-)，男，河南安陽(yáng)人，教授，博士生導(dǎo)師，2004年于中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所獲得博士學(xué)位，主要從事光纖激光器的研究。

E-mail: qings@jlu.edu.cn

Tm3+/Ho3+Co-doped Fluorotellurite Microstructure Fiber for 2.1 μm Lasing

LI Cheng-zhi, YAO Chuan-fei, WANG Shun-bin, JIA Zhi-xu, HE Chun-feng, ZHAO dan, QIN Guan-shi*, QIN Wei-ping

(StateKeyLaboratoryonIntegratedOptoelectronics,CollegeofElectronicScience&Engineering,JilinUniversity,Changchun130012,China)*CorrespondingAuthor,E-mail:qings@jlu.edu.cn

Tm3+/Ho3+co-doped fluorotellurite microstructure fibers with low concentration of —OH were fabricated by using a rod-in-tube method. Pumped by 1 560 nm fiber laser, electron at Tm3+:3H6jump to Tm3+∶3F4, and then energy transfer from Tm3+to Ho3+can occure for the reason of small energy gap (745 cm-1) between Tm3+:3F4and Ho:5I7, fluorescence at ～2.1 μm can be obtained with the transition from level of Ho3+:5I7to Ho3+:5I8. By using a 1 560 nm Er3+doped fiber laser as the pump source, an all-fiber lasing at 2 063 nm is obtained from a 18 cm Tm3+/Ho3+co-doped fluorotellurite microstructure fiber. The corresponding slope efficiency is about 12.9%, the threshold is 163 mW, and the maximum unsaturated laser output power is 40 mW. The results indicate that the Tm3+/Ho3+doped fluorotellurite microstructure fiber is a promising gain medium for 2.1 μm fiber laser.

fluorotellurite glasses; 2.1 μm lasing; Tm3+/Ho3+co-doped; microstructure fiber

1000-7032(2016)01-0074-07

2015-08-10；

2015-11-02

國(guó)家自然科學(xué)基金(51072065,61178073,60908031,60908001,61077033,61378004)資助項(xiàng)目

TN248

A

10.3788/fgxb20163701.0074