Ho3+掺杂玻璃研究现状

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962年，Johnson等人首次报告了在液氮条件下于CaWO4:Ho3+晶体中的2.0μm激光输出[3]，但是因为那时采用的是灯泡泵浦并且存在泵浦阈值过高、效率低下的问题，因此没有引起大家的关注。随后1989年，有研究报告采用457.9nm的Ar激光器作为抽运源[4]，首次在石英光纤中实现了2.0μm激光输出，但是一样存在效率低下的问题。对于单掺Ho3+的激光材料,人们通过不同的泵浦源实现了激光输出，但是因为抽运至Ho3+的高能激发态，所以致使Ho3+:5I7→5I8激光跃迁效率很低。随着LD的商用化，具有众多优点的LD也成为了光纤激光的主要泵浦光源[5]，人们开始使用商用的AlGaAs(808nm)和InGaAs(980nm)LD作为泵浦源来实现Ho3+:2.0μm的激光输出。但是由于Ho3+缺乏相对应的吸收带，不能实现直接泵浦，所以往往引入敏化剂离子Tm3+、Yb3+或Cr3+/Tm3+。43766

利用Tm3+来敏化Ho3+的研究始于1991年，当时Allain等人采用钛宝石激光器作为泵浦源[6]，在Tm3+/Ho3+共掺的氟化物单模光纤中实现了2μm的激光输出。Tm3+对Ho3+的敏化作用主要是通过Tm3+自身比较强的交叉驰豫作用(3H4+3H6→3F4+3F4)使得电子在Tm3+:3F4能级上高效布居，同时因为Tm3+:3F4能级与Ho3+:5I7能级很接近，所以两个能级之间很容易进行能量交换，从而使得Tm3+可以对Ho3+进行有效的能量传递。1994年，在Tm3+/Ho3+共掺的石英光纤中有研究报道首次采用809nmLD进行泵浦[7]，得到了输出波长为2.04µm的激光。2008年，TsangY制作了Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃光纤，并首次报道了2µm激光脉冲在碲酸盐光纤中的输出[8]。同年，该课题组利用波长为1.1µm的掺Yb3+石英光纤激光器泵浦实现了Yb3+/Tm3+/Ho3+三掺碲酸盐玻璃光纤的2.1µm激光输出，其阈值仅为12mW，斜率效率为25%[9]。

Yb3+在980nm处有较大的吸收截面，所以往往通过向基质中添加Yb3+作为敏化剂来实现980nmLD的有效泵浦。2003年，悉尼大学的Jackson研究团队报道了在Yb3+/Ho3+双掺石英光纤中利用Yb3+:2F5/2→Ho3+:5I6的能量传递过程[10]，实现了2.1µm激光0.85W的脉冲输出。

2013年，有研究报道在TeO2-WO3-ZnO-La2O3玻璃中利用Nd3+对808nmLD较强的吸收[11]，实现了Nd3+对Ho3+:2.0μm荧光的敏化，两者的能量传递效率为36.4%。过渡金属Bi在近红外的发光覆盖了Ho3+相对应的吸收带，所以可以通过Bi来实现对Ho3+:2.0μm发光的敏化论文网。2012年，有研究报道磷硼酸盐玻璃掺杂Bi-Ho[12]，用445nmLD激发Bi的最强吸收带，通过Bi对Ho3+的能量传递实现了对2.0μm荧光的增强，Bi与Ho3+之间的能量传递效率为47.8%。

由于受到5S2和5P6外层轨道的屏蔽作用，稀土离子未完全充满电子的4fN组态能级位置受到外界晶体场影响较小，所以稀土离子的f-f跃迁即使在不同的基质中也往往表现出固定的激发和发射峰以及较窄的半高宽。与稀土离子相对应，过渡金属离子的d-d跃迁往往表现出宽带发光751;文'论"文;网www.751com.cn，而且其发光特性对于周围环境的变化比较敏感。可以设想，过渡金属离子在玻璃基质中通过一定的组份调制也能够成为Ho3+较好的敏化剂。例如，早在1986年就有研究报道利用钇钪石榴石掺杂晶体[13]，即YSGG:Cr3+,Tm3+,Ho3+晶体，在室温下用氙灯泵浦Cr3+并通过Cr3+/Tm3+和Tm3+/Ho3+之间强烈的能量传递，获得了2μm激光输出。随后，在1988年，有研究报道了在钇铝石榴石掺杂晶体(YAG:Cr3+,Tm3+,Ho3+)中于室温下实现了2μm的激光脉冲[14]。尽管如此，目前有关稀土离子和过渡金属离子之间能量传递的研究还是比较少，而且几乎没有关于过渡金属离子敏化Ho3+:2µm发光的报道。这可能是处于以下三个原因：(a)只有少数的晶体能够供过渡金属离子和稀土离子同时掺杂，并有效的进入相应的晶格位置；(b)在非晶态的基质中，强烈的无辐射跃迁过程往往主导了过渡金属离子的激发态跃迁过程，因此过渡金属离子掺杂的玻璃基质通常变现为光学非活性；(c)在玻璃基质中，过渡金属离子往往呈现多种价态，这也使得相关的研究工作变得比较复杂。