基于Er制造技术

本发明专利技术公开了一种基于Er

【技术实现步骤摘要】
基于Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃材料、玻璃微球及双波长激光器
本专利技术涉及微腔激光器
，尤其涉及一种基于Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃材料、玻璃微球及双波长激光器。
技术介绍
近红外波段激光在激光通信、卫星遥感、激光测距、测绘、激光照明等领域具有广泛的应用。掺铒激光器最常用的泵浦波长为975nm或1480nm，以实现1550nm波段的长距离光通信系统激光器。但对于短距离通信系统，如飞机、船舶、办公室和短距离语音，第一个电信窗口(850nm波段)更具吸引力和成本效益。Er3+离子作为一种富有多个能级的稀土离子，可同时产生850nm波段和1550nm波段的双波长激光。双波长激光器既能够从共同谐振腔中获取两个波段的激光输出，缩小空间体积，又能够实现大规模以及高效率的激光功率输出。光学微腔是一种通过谐振循环作用将光束缚于微小空间中并持续很长时间的光子学器件。其原理基于WGM模式，将光子困在微腔当中连续循环全反射，使光子与腔介质能够进行强烈的相互作用，从而实现较高效率。而其中玻璃微球微腔，具有Q值高，体积小，制备简便等优点已被广泛研究。如今已有多种玻璃材料被应用与微球腔制备中。其中，氟化物玻璃由于声子能量较低而表现出较大的上转换效率，是目前研究最广泛的激光介质材料。微球激光器由于其具备高Q值，极低的激光阈值，这种低阈值，小模式体积的激光器可被应用于传感、集成等领域。ZBYA氟锆酸盐玻璃材料近几年被广泛研究，其声子能量低至580cm-1，且透过范围包含紫外-可见-近红外波段，透过率高且性能稳定，已被应用于微腔激光介质材料中，尤其稀土掺杂的ZBYA氟锆玻璃材料表现出良好的发光性能。微球激光产生的关键还在于耦合器件。本专利技术采用的微纳光纤耦合方法，利用光源激光传输到微纳光纤部分产生的倏适场耦合进出微球当中，耦合效率高且制备成本低廉，是目前微球腔耦合领域中广泛使用的波导结构。近几年，对于通信容量的需求加快、光器件小型化趋势日益明显，玻璃微球以其极高的Q值和极小的模式体积特性在低阈值激光发射、集成光学、非线性光纤、传感和量子通讯等领域有着广阔的发展前景。目前微球微腔激光器研究总体水平还处于理论和实验阶段，但随着相关制备工艺、耦合和集成技术等不断改进和完善，微球微腔激光器会将被广泛的应用。因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃微球的双波长激光器，可同时产生850nm和1580nm低阈值的激光发射，可以应用于通信光学、生物传感、集成光学等诸多领域。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃材料，用于制备基于掺Er3+的ZBYA氟化物玻璃基质的微球激光器，实现近红外波段的双波长激光发射，实现850nm和1580nm双波长激光的输出。为了解决上述问题，本专利技术提出以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃材料，按摩尔百分比组成表示的化学式为：50ZrF4-33BaF2-(10-x)YF3-7AlF3-xEr3+，x＝0.05～0.5，以上各组成摩尔百分比之和为100％。进一步地，所述Er3+离子以ErF3形式内掺引入。第二方面，本专利技术提供一种Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃微球的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：步骤1、按摩尔百分比组成表示的化学式50ZrF4-33BaF2-(10-x)YF3-7AlF3-xEr3+，x＝0.05～0.5，计算出高纯原料质量比后称量，在玛瑙研钵中进行研磨并充分混合均匀；步骤2、将混合均匀的原料倒入铂金坩埚，置于手套箱的高温炉内800～900℃熔化保温1～3h；步骤3、将熔融的玻璃液倒在预热过的铜板上，对熔融的玻璃液进行拉丝、冷却，得到Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃纤维；步骤4、用CO2激光器加热所述Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃纤维，制成Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃微球。进一步地，所述步骤1中的所述Er3+离子以ErF3形式内掺引入。进一步地，所述Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃微球的直径范围为40-80微米。第三方面，本专利技术提供一种基于Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃微球的双波长激光器的制备方法，包括以下步骤：步骤A、对单模光纤的耦合区域进行拉锥，制得拉锥光纤，锥身直径1～3μm；步骤B、将单模光纤一端连接泵浦光源，另一端连接光谱分析仪；步骤C、将拉锥光纤和Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃微球调整至处于临近接触状态，利用光纤锥产生的倏逝场将激光耦合进出所述微球。可以理解地，本专利技术中，拉锥光纤为单模光纤的一部分，二者为一体；由于单模光纤的首尾两端还需与仪器(设备)连接，因此，耦合区域需避开此首尾两端的区域。进一步地，拉锥光纤的锥身长度为3-6毫米。可以理解地，由于拉锥方式不同，拉锥光纤的锥腰长度和直径均有所不同，本专利技术只需要限定拉锥光纤的锥身直径以及锥身长度即可控制激光耦合区域。对于锥腰的尺寸，本专利技术不做限定。进一步地，所述泵浦光源为980nm半导体激光器。进一步地，所述临近接触状态是指，拉锥光纤的锥身与Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃微球的距离为0-5微米。本专利技术还提供一种基于Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃微球的双波长激光器的调节方法，所述调节方法包括以下步骤：步骤a、将拉锥光纤和Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃微球进行耦合，调节耦合位置使拉锥光纤和Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃微球处于临近接触状态；步骤b、将980nm半导体激光器的泵浦功率提高到1.4mW，同时出现850nm、1580nm的双波长激光。可以理解地，该1.4mW功率值为双波长激光的最低阈值功率，当泵浦功率继续增加，双波长的输出功率也随之升高。与现有技术相比，本专利技术所能达到的技术效果包括：本专利技术提供的Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃材料，具有熔点低、发光性能良好的优点。本专利技术提供的Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃微球的制备方法，用Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃材料加工得到，由于材料熔点低的特性，可采用CO2激光加热法，将CO2激光聚焦在ZBYA光纤的一端，由于表面张力的作用，可在ZBYA光纤端头形成高Q值玻璃微球微腔，加工方便。本专利技术制得的基于Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃微球的双波长激光器，具有低阈值、高Q值，且结构简单的优点，可在低阈值下实现激光器的小型化和集成化。本专利技术提供的基于Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃微球的双波长激光器，通过调整可以得到的低阈值850nm、1580nm双波长激光，可以应用于通信光学、生物传感、集成光学等诸多领域。附图说明图1是本专利技术的一个较佳实施例的微球激光器的光路示意图；图2是本专利技术的一个较佳实施例的微球激光器在850nm、1580nm双波长激光发射光谱图(内图为放大细节图)；图3是本专利技术的一个较佳实施例的微球激光器的双本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Er

【技术特征摘要】
1.一种Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃材料，其特征在于，按摩尔百分比组成表示的化学式为：50ZrF4-33BaF2-(10-x)YF3-7AlF3-xEr3+，x＝0.05～0.5，以上各组成摩尔百分比之和为100％。


2.如权利要求1所述的Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃材料，其特征在于，所述Er3+离子以ErF3形式内掺引入。


3.一种Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃微球的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
步骤1、按摩尔百分比组成表示的化学式50ZrF4-33BaF2-(10-x)YF3-7AlF3-xEr3+，x＝0.05～0.5，计算出高纯原料质量比后称量，在玛瑙研钵中进行研磨并充分混合均匀；
步骤2、将混合均匀的原料倒入铂金坩埚，于800～900℃熔化并保温1～3h；
步骤3、将溶体玻璃倒在预热过的铜板上，对熔融的玻璃液进行拉丝、冷却，得到Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃纤维；
步骤4、用CO2激光器加热所述Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃纤维，制成Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃微球。


4.如权利要求3所述的Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃微球的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的所述Er3+离子以ErF3形式内掺引入。


5.如权利要求3所述的Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃微球的制备方法，其特征在于，所述Er3+离子掺杂的ZBYA玻璃微球的直径范围为40-80微米。
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【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏飞，赵海燕，王顺宾，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44