專利名稱：用于可調(diào)諧激光器和寬帶放大器的鉍離子摻雜晶體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體，特別是一種用于可調(diào)諧激光器和寬帶光放大器的鉍離子摻雜晶體。
背景技術(shù)：
隨著光纖網(wǎng)絡(luò)通訊的迅速發(fā)展，對應(yīng)用于波分復(fù)用系統(tǒng)的光源及光纖放大器提出了更高的要求?，F(xiàn)有的光源及放大器已不能完全滿足要求，迫切需要開發(fā)在光通訊波段具有大范圍可調(diào)諧激光器及全波段光放大器。就在光纖通訊中起重要作用的光纖放大器而言，現(xiàn)有的摻Er、摻Pr、摻Tm光纖放大器由于利用了稀土離子內(nèi)殼躍遷的本質(zhì)所決定，它們只能實現(xiàn)1.25～1.60μm整個光通訊波段的某個有限波段的光放大，即使將所有的不同泵浦激光源和不同稀土摻雜離子光纖組成的光纖放大器通過并聯(lián)或串聯(lián)方式組合起來，也不能實現(xiàn)整個光通訊波段的光放大。現(xiàn)在人們在探索摻雜Cr4+、Ni2+的晶體和玻璃材料，利用這些過渡金屬離子的d-d躍遷在紅外波段的發(fā)光，來實現(xiàn)光通訊波段的光放大和可調(diào)諧激光輸出。但是無論是晶體還是玻璃中Cr4+的價態(tài)很難控制，制得的晶體或玻璃中的Cr離子常以Cr3+、Cr4+和Cr6+狀態(tài)共存，而且三者離子之間存在能級交錯，影響Cr4+在紅外波段的輻射躍遷。而Ni2+摻雜玻璃與晶體的發(fā)光量子效率低，尚未見在室溫附近實現(xiàn)激光振蕩的報導(dǎo)。
最近日本大阪大學(xué)的研究小組和我們相繼發(fā)現(xiàn)了摻Bi離子玻璃在紅外波段具有較強發(fā)光并能在近紅外通訊波段實現(xiàn)光放大。但是迄今為止有關(guān)發(fā)光的機理包括Bi離子的價態(tài)也尚未弄清。大阪大學(xué)的研究小組認(rèn)為發(fā)光基于Bi5+離子的躍遷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于可調(diào)諧激光器和寬帶放大器的Bi離子摻雜晶體，該材料通過調(diào)整晶體生長氣氛形成Bi離子穩(wěn)定摻雜。這種低價鉍摻雜晶體材料在800nm的激光激發(fā)下在1.2～1.6μm產(chǎn)生寬帶發(fā)光，并且熒光壽命為100μs～1ms，可實現(xiàn)紅外光通訊波段的可調(diào)諧激光輸出和寬帶光放大。
本發(fā)明的基礎(chǔ)是我們查閱了大量的文獻表明Bi5+只在含有高的光學(xué)堿度的堿金屬氧化物(Li2O、NaO)的化合物晶體中存在。而且在高溫下Bi2O5、Bi2O3一般容易分解而成為低價態(tài)的鉍(Bi2+、Bi+)氧化物。再者將含Bi3+溶液溶存到納米多孔氧化硅玻璃中，在空氣及氧化氣氛中燒結(jié)后沒有發(fā)現(xiàn)紅外波段的發(fā)光，而在弱還原氣氛下燒結(jié)獲得的玻璃觀察到較強的紅外波段的發(fā)光。在強還原氣氛下得到灰色的樣品，主要由于玻璃Bi3+被還原為金屬鉍?；诖?，我們認(rèn)為低價態(tài)的Bi離子(Bi2+、Bi+)是產(chǎn)生紅外發(fā)光的發(fā)光中心。而晶體比起玻璃來，由于活性離子具有固定的側(cè)位，具有稍窄的線寬和高的發(fā)光量子效率，在此基礎(chǔ)上我們發(fā)明了近紅外光通訊波段具有可調(diào)諧激光輸出和寬帶光放大特性的Bi離子摻雜晶體材料。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種用于可調(diào)諧激光器和寬帶放大器的鉍離子摻雜晶體，其特征是在含有Ba2+、Sr2+、Ca2+2價離子或Na2+、K+、Cs+1價離子的基體晶體中摻入低價鉍離子的晶體，其鉍離子含量范圍0.001wt％-3wt％。
所述的基體晶體為硅酸鹽、硼酸鹽、鍺酸鹽、磷酸鹽、鋁酸鹽、鈮酸鹽、鎵酸鹽或鉬酸鹽晶體。進一步具體而言，所述的基體晶體為Ca2Y8(SiO4)6O2、α-BaB2O4、SrB4O7、CaY2Mg2Ge3O12、SrBPO5、SrAl2O4、Ba2NaNb2O15、Gd2Ga5O12或SrMoO4。
Bi摻雜的濃度(wt％)為0.001wt％至3wt％。濃度過低，熒光強度低，不利用激光產(chǎn)生。而濃度過高，會由于能量回游產(chǎn)生濃度淬滅。
晶體的基體組成為化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性較好的氧化物系統(tǒng)及以氧化物為主的晶體系統(tǒng)。
為實現(xiàn)鉍離子以低價離子形態(tài)存在，晶體中需要有低價Bi離子(Bi+、Bi2+)容易穩(wěn)定存在的側(cè)位。考慮離子半徑匹配和電荷相容性，晶體基體主要為含有Ba2+、Sr2+、Ca2+等2價離子及Na2+、K+、Cs+等1價離子的晶體。在不含這類離子的晶體基體中通過離子共摻與離子的組合及控制晶體生長氣氛也可以實現(xiàn)低價鉍離子摻雜晶體。
基質(zhì)晶體Ca2Y8(SiO4)6O2、α-BaB2O4、SrB4O7、CaY2Mg2Ge3O12、SrBPO5、SrAl2O4、Ba2NaNb2O15、Gd2Ga5O12、SrMoO4等硅酸鹽、硼酸鹽、鍺酸鹽、磷酸鹽、鋁酸鹽、鈮酸鹽、鎵酸鹽、鉬酸鹽系統(tǒng)。
具體實施例方式
具體實施例如表1所示。
本發(fā)明與以往作為可見發(fā)光熒光體的Bi3+離子摻雜晶體不同。通過選擇適當(dāng)晶體基體組分、控制基體的光學(xué)堿度以及調(diào)整鉍的含量，并控制晶體生長的氣氛，合成了低價Bi離子摻雜的晶體。這類晶體具體在800nm的激光(或其它光源)激發(fā)下，在1000～1600nm的光通訊波段產(chǎn)生發(fā)光，并且具有長于100μs的熒光壽命，實現(xiàn)了在光通訊波段的光放大和可調(diào)諧激光的輸出。今后有望在光通訊等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種用于可調(diào)諧激光器和寬帶放大器的鉍離子摻雜晶體，其特征是在含有Ba2+、Sr2+、Ca2+2價離子或Na2+、K+、Cs+1價離子的基體晶體中摻入低價鉍離子的晶體，其鉍離子含量范圍0.001wt％-3wt％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉍離子摻雜晶體，其特征在于所述的基體晶體為硅酸鹽、硼酸鹽、鍺酸鹽、磷酸鹽、鋁酸鹽、鈮酸鹽、鎵酸鹽或鉬酸鹽晶體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉍離子摻雜晶體，其特征在于所述的基體晶體為Ca2Y8(SiO4)6O2、α-BaB2O4、SrB4O7、CaY2Mg2Ge3O12、SrBPO5、SrAl2O4、Ba2NaNb2O15、Gd2Ga5O12或SrMoO4。
全文摘要
一種用于可調(diào)諧激光器和寬帶放大器的鉍離子摻雜晶體，其特征是在含有Ba
文檔編號G02F1/39GK1645232SQ20051002359
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月26日
發(fā)明者邱建榮, 陳杏達, 彭明營, 陳丹平, 姜雄偉 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所