近日，我室硕士生甘浩天（第一作者）和刘自军副研究员（通讯作者）在Ceramics International期刊上发表了题为“Er³⁺/Pr³⁺ co-doped GeAsGaSe chalcogenide glasses for infrared emissions and their potential in 2.7 mm fiber laser”的论文(Ceramics International,2020,46(18),28125-28131, https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.07.310)

      近年来，Er³⁺离子掺杂材料的研究越来越受到人们的关注，因为这些材料在室温下的发射波长为2.7 mm，在大气污染监测、军事对抗、卫星通信和医疗外科等领域具有重要的潜在应用价值。硫系玻璃由于声子能量低，热稳定性优异以及具有可调节的物理和化学性质，因此被认为是中红外激光材料的最佳选择之一。在本项工作中，制备了Er³⁺离子掺杂Ge₁₀As₂₄Ga₄Se₆₂硫系玻璃用于研究中红外光谱性质，并且掺杂Pr³⁺离子作为失活剂来调节Er³⁺离子发射。结果表明，在980 nm激发下，引入Pr³⁺离子可以有效地将Er³⁺：⁴I_13/2的衰减时间从2.34 ms缩短到0.31 ms，如图1所示。 因此，Er³⁺：⁴I_13/2的衰减时间比Er³⁺：⁴I_11/2的衰减时间短，并且可以实现粒子数反转。同时建立了图2所示的级联光纤激光器模型，研究了2.7 mm 激光输出性质，当Er³⁺和Pr³⁺离子浓度为0.3 mol%，激发波长为980 nm，泵浦功率为5W时，2.7 mm激光的输出功率可达0.43W，斜率效率为14.21%，表明该系统在中红外光纤激光器应用上具有较大潜力。

图1.（a）GAGS玻璃中0.1 mol% Er³⁺：⁴I_11/2和⁴I_13/2能级的荧光衰减曲线。（b）-（d）测量了不同浓度的Er³⁺，Er³⁺/Pr³⁺掺杂GAGS样品的两个能级的荧光寿命。

图2. Er³⁺/Pr³⁺硫系级联光纤激光器原理图。

图3.（a）不同浓度Er³⁺/Pr³⁺共掺光纤激光器输出信号功率随光纤长度的变化。（b）不同浓度Er³⁺/Pr³⁺共掺光纤激光器输出信号功率随泵浦功率的变化。