AOM：納米晶復(fù)合玻璃回音壁模式微型激光器

【中玻網(wǎng)】氟氧化物微晶玻璃兼具了氧化物玻璃良好的物理化學(xué)特性和氟化物晶體的低聲子能量、高稀土溶解性，是一種非常優(yōu)異的稀土離子摻雜基質(zhì)。目前對稀土離子摻雜的氟氧化物微晶玻璃的研究主要集中在增強(qiáng)發(fā)光的機(jī)理上，而對其作為激光材料方面的研究報(bào)道的很少。

　　華南理工大學(xué)發(fā)光材料與器件國家要點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室董國平教授課題組對氟氧化物微晶玻璃用于制備激光材料進(jìn)行了初步探討：用Er3+摻雜的前驅(qū)體裸光纖制備出微球腔，通過可控析晶手段在微球腔中析出NaYF4微晶。在錐形光纖近場耦合的方式激發(fā)下，收集并比較析晶前后微球腔輸出的激光信號(hào)，可得出在有效舒緩了氟氧化物微晶玻璃的散射效應(yīng)后，微晶玻璃比前驅(qū)體玻璃更適合用作激光材料。

圖(a)：微晶玻璃回音壁模式微型激光器裝置圖；圖(b)：不同熱處理溫度下微晶玻璃微球腔輸出激光光譜；圖(c)：不同熱處理溫度下微晶玻璃微球腔輸出激光的閾值與斜率效率。

　　激光材料的基本要求是高增益、低損耗。稀土離子摻雜的氟氧化物微晶玻璃在析晶的過程中，稀土離子會(huì)趨向于取代晶體中與之電價(jià)相同、半徑相近的離子（本文Er3+取代NaYF4晶體中的Y3+），富集在氟化物微晶中，增益提高。與此同時(shí)，微晶相的析出會(huì)造成散射效應(yīng)增強(qiáng)，損耗增加。因此微晶玻璃用作激光材料的關(guān)鍵是降低散射效應(yīng)。通過散射理論可知，減小微晶相與玻璃相的折射率差可有效降低散射效應(yīng)。本文通過調(diào)控玻璃配方，使得基質(zhì)玻璃與析出的微晶之間的折射率差小于0.05，非常大降低了微晶玻璃的散射損耗。我們制備的微晶玻璃微球腔品質(zhì)因子都達(dá)到105數(shù)量級以上，并且與基質(zhì)玻璃微球腔相比，微晶玻璃微球腔可獲得更低閾值（低~60%），更高斜率效率（~7倍）的激光輸出。

　　研究者相信，此項(xiàng)研究對微晶玻璃激光材料有非常大的推動(dòng)意義。未來，進(jìn)一步減小基質(zhì)玻璃與微晶之間的折射率差，采取更有效的方法控制微晶的形貌及尺寸分布，并優(yōu)化激活離子（稀土離子、過渡金屬離子、敏化離子共摻等）在玻璃相與微晶相中的分布，微晶玻璃有望成為性能更加優(yōu)異的激光材料。更為重要的是，利用微晶玻璃作為激光增益介質(zhì)的思路，有望在氧化物玻璃基質(zhì)中實(shí)現(xiàn)稀土離子上轉(zhuǎn)化可見激光和下轉(zhuǎn)換中紅外激光的輸出，從而顯著拓展微晶玻璃在光電子等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。