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道的很少。

　　華南理工大學(xué)發(fā)光材料與器件國家要點實驗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，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，稀土離子會趨向于取代晶體中與之電價相同、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，微晶相的析出會造成散射效應(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，此項研究對微晶玻璃激光材料有非常大的推動意義。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)域的實際應(yīng)用。