一种宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤及其制备方法；所述微晶复合玻璃光纤的包层为石英玻璃，纤芯为Dy

【技术实现步骤摘要】
一种宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤及其制备方法


[0001]本专利技术属于光纤领域，具体涉及一种宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤及其制备方法。

技术介绍

[0002]波长范围约在565
‑
590nm的可见光黄光激光在激光医疗、激光雷达、天文观测等方面有着广泛的应用。例如，在生物医学领域，血红蛋白对波长为577nm的黄光激光吸收率较高，因此黄光激光在皮肤疾病、血管性疾病和眼科疾病的治疗上有迫切的需求。然而黄光激光的输出相对困难，目前主要基于染料激光器和非线性频率变换获得，包括和频、倍频以及拉曼位移。染料激光器维护费用高昂，使用安全性较低；而利用非线性晶体和自用空间对准的系统复杂，结构不紧凑，不利于集成化，且泵浦效率低。相较之下，利用激光二极管(LD)泵浦稀土掺杂光纤材料可直接实现黄光转运，经谐振腔选模放大后即可输出黄光激光，这种直接发射的方式可以省去复杂的非线性光学过程，具有系统简单、损耗低、可靠性高等优点。基于三价Dy
3+
对应4F
9/2
→6H
13/2
的跃迁在570nm附近有最强的黄色发射，黄光的荧光分支比较大，且从紫外波段到蓝光波段的范围内有多个较短波长可用于直接激发基态粒子，因此Dy
3+
被认为是应用于直接发射黄光激光器的最佳稀土离子。其主要原因是Dy
3+
在可见光范围内的4f跃迁是自旋禁阻的(导致相对较小的蓝光吸收截面和黄光发射截面)，且Dy
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能级结构复杂，容易发生交叉驰豫，使得猝灭阈值较低。
[0003]传统的黄光激光晶体，如Dy:YAG和Dy:ZnWO4，虽然导热性好，机械强度高，但其狭窄的黄光发射光谱(FWHM＜7nm)限制了在脉冲激光中的应用。而在光纤激光上，目前实现黄光激光输出的Dy
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掺杂光纤激光器所用的主流增益光纤仍为氟化物玻璃光纤(Limpert.J,Zellmer H,Riedel P,et al.Laser oscillation in yellow and blue spectral range in Dy
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:ZBLAN[J].Electronics Lettres,2000,36(16):1386
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1387；Fujimoto Y,Ishii O,Yamazaki M.575nm laser oscillation in Dy
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doped waterproof fluoro
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aluminate glass fiber pumped by violet GaN laser diodes[J].Solid State Lasers XX:Technology and Devices,2011,7912:79120J；Wang H J,Zou J H,Dong C C,et al.High
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efficiency,yellow
‑
light Dy
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doped fiber laser with wavelength tuning from 568.7to 581.9nm[J].Optics Letters,2019,44(17):4423
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4426；Luo S Y,Gu H,Tang X,et al.High
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power yellow DSR pulses generated from a mode
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locked Dy:ZBLAN fiber laser[J].Optics Letters,2022,47(5):1157
‑
1160.)。尽管上述报道证实了Dy
3+
掺杂氟化物玻璃光纤在连续、可调谐和脉冲黄光激光中的应用，但是氟化物玻璃光纤仍存在许多不足之处。一方面，氟化物玻璃具有相对较差的化学稳定性和较低的激光损伤阈值，大大限制了Dy
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掺杂黄光光纤激光器输出功率的提高；另一方面，氟化物玻璃中氟离子半径小，极化率低，对周边局域场的共价性小，导致Dy
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的Ω2值较小，在黄光波段的荧光分支比较低，进而导致黄光发射的发射截面较低，理论增益性能不佳。除此之外，还有少量关于Dy
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掺杂其他增益光纤在黄光发光(Tian S H,Lun Y P,Sun Y S,et al.Silicate
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clad Dy
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doped multi
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component phosphate glass core glass fiber for yellow laser applications[J].Journal of Non
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Crystalline Solids,2022,577,121313.)和黄光激光输出(Majewski M R,Jackson S D.Diode pumped silicate fiber for yellow laser emission[J].OSA Continuum,2021,4(11),2845
‑
2851.)上的研究，但都仍未有突破Dy
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掺杂氟化物玻璃光纤在黄光激光输出性能上的进展。
[0004]因此，要进一步提高可调谐或脉冲黄光激光的输出性能，其关键不仅要通过基质组分的调控改善Dy
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固有的黄光发光问题，还要开发宽带发光、化学性能稳定且损伤阈值较高的增益介质。NaLa(WO4)2晶体由层状[WO4]四面体构成，层与层之间Na和La以1:1比例随机分布在相应的格点位置上，造成晶体的无序结构及光谱的非均匀加宽。此外，NaLa(WO4)2:Dy
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晶体具有优异黄光增益性能(Wei Y P,Tu C Y,Wang H Y,et al.Optical spectroscopy of NaLa(WO4)2:Dy
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single crystal[J].Journal of Alloys and Compounds,2007,438(1
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2):310
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316.)，在实现可调谐或脉冲黄光激光的输出上具有巨大的潜能。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决上述技术问题，提供一种宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤及其制备方法。本专利技术充分结合NaLa(WO4)2:Dy
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晶体非均匀拓宽光谱的特性与光纤的柔韧性好及激光阈值低等优势，制备出一种宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤。本专利技术通过纤芯熔融法拉制复合光纤，随后对其进行热处理，得到晶化程度可控的NaLa(WO4)2:Dy
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微晶玻璃复合光纤。该方法适用性广，且结合NaLa(WO4)2微晶非均匀拓宽光谱的优势，制得微晶复合玻璃光纤具有宽带和强烈的黄光发射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤，其特征在于，其包层为石英玻璃，纤芯为Dy
3+
掺杂的NaLa(WO4)2微晶玻璃。2.根据权利要求1所述的宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤，其特征在于，所述Dy
3+
掺杂的NaLa(WO4)2微晶玻璃的化学式为NaLa
(1
‑
x)
(WO4)2:xDy
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，x＝0.03～0.07。3.根据权利要求1所述的宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤，其特征在于，所述微晶复合玻璃光纤的纤芯直径为5～20μm，包层外径为120～130μm。4.根据权利要求1所述的宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤，其特征在于，所述微晶复合玻璃光纤在蓝光半导体激光器的泵浦下，获得18～22nm的宽带黄光发射。5.根据权利要求1所述的宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤，其特征在于，所述纤芯的前驱体为纤芯陶瓷棒；所述纤芯陶瓷棒的制备方法包括以下步骤：(a)将碳酸钠粉体、氧化钨粉体、氧化镧粉体和氧化镝粉体混合后研磨、烧结；(b)将步骤(a)烧结后的粉体研磨，加入粘结剂压制成型，烧结，磨制成圆柱体，得到纤芯陶瓷棒。6.根据权利要求5所述的宽带黄光发射的微晶复合玻璃光纤，其特征在于，步骤(a)所述碳酸钠粉体的纯度≥99.9％，氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈东丹，陈倩怡，杨中民，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：