Tm-%273%2b-与Yb-%273%2b-共掺ZBLAN玻璃中的间接敏化上转换.pdfVIP

第z7-卷第z2期 光 子 学报 voI．27N。．z2 1998年9月 ACTA Sept·1998 PHOTONICASINICA Tm3+和Yb3+共掺ZBLAN玻璃中 的间接敏化上转换‘ 商美茹 陈晓波“ 宋峰 冯衍 李 昆 李美仙 张光寅 (南开大学物理系，天津300071) 摘 要本文报道了约798nm半导体激光泉浦下Tm，+和Yb什共掺锫系氟化物玻璃中发 生的特殊的上转换敏化机制． 关键词Tm”，Yb仆：zBLAN，上转抉，Yb3+离子敏化 上转换是一种不同于一般：参量振荡过程的把入射的长波长光转换成短波长光输出的 过程。它主要是利用材料中稀土离子精致的激发态过程来实现这种转换的．上转换现象 首先发现于四十年代“。。稀土离子的上转换发光现象的研究则始于本世纪五十年代初；六 十年代因夜视等军用目的的需要，上转换研究得到进一步的发展口一时．八十年代后期至 今t由于半导体激光器和激光材料的迅速发展，以及开发紧凑可见光激光器的实际需要， 上转换研究得到空前发展，并方兴未艾。 目前最有效的方案是在Yb”离子和其它稀土离子，如Tm”，Pr”，Er”等，共掺的材 料中，利用Yb”离子的敏化作用，采增强上转换效率。这些机制中最为人知的是这样一荐 过程：泵浦光直接激发Yb”离子t然后通过Yb3j离子向其它离子的多步能量传递，实现 了上转换的发光“。。这种过程即可以称为直接上转换敏化。直接上转换敏化虽可以大幅度 提高上转换的效率，但也正是Yb”离子对泵浦光的吸收很大t使得泵浦光的穿透深度较 小．使得这种方法无法运用到上转换激光系统中。。 一。 另一方面，对于目前已实现的单掺杂稀土离子的上转换光纤激光，普遍存在着这么一 种现象，即双光子上转换激光的输出功率并不是随泵浦激光功率的平方增加的，经常有羁 显的饱和现象“j，甚至上转换激光的输出功率是随泵浦激光功率线性增加的H～． 针对光纤的极小横向尺寸和较大纵向尺寸形成的小吸收和离功率密度的情况，我{订 提出了向接上转换敏化机制∞”．即泵浦光激光的是Tm”离子，由于Tm3+和Y}b”之同 的能量传递，使得一都分Yb”离子被间接激发到激发态2Fs，z之后，位于激发态的Tm”离 子再与位于激发态的怕”离子发生上转换能量传递，把Tm”离子激发到更高的位于董 绿波段的能级。这样利用闻接上转换敏化的敏化中心‘Yb”离子掏成布居庠，既不会剧烈 增加吸收致使泵浦或振荡的均匀性被破坏，又使得激活中心在高功率密度泵浦下吸收诲 和的问题技解苷}”。 收藕日期：1998一07—05 +国家奇然科学基金和国家教育部{搴±点基金资助项目 ·-通讯联系人 60 光 子 学 报 27卷 最高功率能达500mw的二极管激光器。光束经过～大口径显微镜物镜垂直聚焦于样品。 在90。方向由SPEx荧光光谱仪收集荧光，并联机处理． 激发下的上转换发光谱． 由图可知，Tm”离子和Yb”离子 共掺的样品比有同样Tm”离子浓度 但投有Yb”离子掺杂的样品的上转 换发光强度要高2∞多倍。这说明，尽 管激光直接被Tm”离子吸收，Yb”高 子仍在上转换发光中起了狠重要的作 =曼皇≮暑童。gS∞￡o；匠 甩。因此上转换过程中，定有部分布居 到达Yb”离子．考虑Yb“和Tm”离 w¨‘l∞gm(m】 子的能级结构．唯一可能的方式是， T珊抖3F．能级向Tb3+3Fs，2能级的能量 传递：Tm3+(3F．)+Yb抖(2Fm呻Tm抖(3H 发·处在3R能级的Tm”离子可以通过Yb”向Tm”的能量传递被泵浦至更高能级1G。． 这个过程跟直接敏化中是～样的。 因此，此时的上转换发光主要来自两步能量传递过程：(1)、一个处在，H。能级的 Yb”离子又可以把能量传递给处在3H·能级的Tm3+离子而把它进一