[发明专利]一种Nd3+/Ho3+共掺实现2.0μm激光的碲酸盐光纤及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤领域，特别涉及一种Nd³⁺/Ho³⁺共掺实现2.0μm激光的碲酸盐光纤及其制备方法。

背景技术

水分子在2.0μm波段附近有很强的中红外吸收峰，因此，用该波段激光器进行手术时，激光照射部位血液迅速凝结，手术创面小，止血性好，并且该波段激光对人眼是安全的，所以2.0μm激光器在医疗和生物学研究方面有广泛的应用前景。由于覆盖1.88μm、1.91μm和2.412μm这三个重要的分子吸收带，2.0μm波段激光器在遥感和光通信也有着重要的应用前景。2.0μm激光是激光测距机想干多普勒测风雷达、水蒸气抛面差分吸收激光雷达系统等的理想光源，并且它还是获得3～5μm、8～12μm波段光学参量振荡器的理想抽运源。因此，近年来2.0μm激光备受科研工作者的青睐。

到目前为止，科研工作者已经在众多玻璃基质(石英玻璃、氟化物玻璃、锗酸盐玻璃和碲酸盐玻璃)中实现了2.0μm激光输出。与前三种玻璃基质相比，碲酸盐玻璃基质具有一些优异的性能。在所有氧化物玻璃中，碲酸盐玻璃的最大声子能量是最低的，这有利于增强2.0μm发光。与石英玻璃相比，碲酸盐玻璃的红外透过波长更长，甚至能达到5μm。与石英玻璃和锗酸盐玻璃相比，碲酸盐玻璃的多种多面体结构以及稀土离子可以占据网络修饰体的位置使其具有很强的稀土离子溶解能力。与氟化物玻璃相比，它们具有更高的化学稳定性和宽松的制备环境。另外，它们还具有2以上的折射率，这增加了稀土离子的吸收和发射截面。

Ho³⁺离子是一种重要的实现2.0μm激光的激活离子。它的激光上能级寿命长而且输出波长要长于Tm³⁺离子。不幸的是，它缺少与商用808nm或980nm半导体激光器激光波长相匹配的吸收带。因此需要添加在808nm或980nm波长附近具有强吸收带的稀土离子(如Yb³⁺、Tm³⁺和Er³⁺)来敏化Ho³⁺离子，帮助其实现2.0μm激光。与Tm³⁺离子相比，Nd³⁺离子在808nm附近具有更强的吸收，而且能与808nm半导体激光器激光波长完美匹配。同时，它在900nm附近的荧光带能与Ho³⁺离子900nm附近的吸收带很好地重叠。因此，Nd³⁺/Ho³⁺组合是一种理想的实现2.0μm激光的方式。

光纤性能好坏与光纤预制棒的质量息息相关。管棒法是一种常用的制备多组份玻璃光纤预制棒的方法。制备过程中，需要对玻璃进行切割、钻孔等冷加工处理，因此对于机械强度不够高的碲酸盐光纤预制棒制备来说，无疑是一个非常巨大的挑战。另外，管棒法制备光纤预制棒的周期很长，且需要消耗大量的原材料。

发明内容

本发明目的在于提供一种Nd³⁺/Ho³⁺共掺实现2.0μm激光的碲酸盐光纤及其制备方法，所述碲酸盐光纤的制备方法避免了机械强度不够高的碲酸盐玻璃冷加工过程，缩短了光纤制备周期及大幅度地节约了原材料。

本发明的技术解决方案如下：

一种Nd³⁺/Ho³⁺共掺实现2.0μm激光的碲酸盐光纤，包括包层玻璃和纤芯玻璃，所述包层玻璃各组份的摩尔百分比mol％为：TeO₂为50～70、WO₃为20～40、ZnO为0～5、BaO为0～2、La₂O₃为0～10、Na₂O为0～3；所述纤芯玻璃各组份的摩尔百分比mol％为：TeO₂为50～70、WO₃为20～40、ZnO为0～5、BaO为0～2、La₂O₃为0～10、Na₂O为0～3、Nd₂O₃为0～2、Ho₂O₃为0～2。

一种Nd³⁺/Ho³⁺共掺实现2.0μm激光的碲酸盐光纤的制备方法，该方法包括：