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超强激光科学卓越创新简报

(第三百九十五期)

2023年6月7日

上海光机所在低膨胀Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃方面取得进展

　　近日，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室开发了一种超低热膨胀Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃，相关研究成果发表于《国际陶瓷》(Ceramics International)。

　　目前，Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃由于其较高的稀土溶解度，高折射率均匀性和极高的能量转移效率被广泛应用于1.5μm大能量、高重频脉冲放大领域。但由于其存在热力学性能差，遇水易潮解及难以和石英光纤熔接等问题，限制了其进一步发展。因此，开发一种具有优良的热机械性能和化学稳定性的磷酸盐纤芯玻璃是目前研究的方向和重点。

　　在这项工作中，研究团队采用高温真空熔融技术制备了高均匀性的Er3+/Yb3+共掺杂磷酸盐玻璃。EYAP5玻璃中Yb3+:2F5/2能级的荧光寿命在~300K时只有25.4μs。同时，与高磷硅玻璃EYPS10相比，低Yb3+/Er3+摩尔比的EYAP5玻璃可以达到更高的能量转移效率。尤其是高浓度Al2O3的引入使得EYAP5玻璃具有超低的热膨胀率（55×107 K-1）、高热导率（-0.83 W/m·K）、高Tg温度（696℃）和超低的失重率（11 μg/cm2·day, 98℃ H2O）。此外，研究表明，940nm泵浦波长具有最高的温度稳定性。综上，EYAP5玻璃具有优良的光谱特性、热机械性能和化学稳定性，适用于1.5μm高平均功率脉冲放大。未来将在空间激光雷达和遥感领域有着巨大的应用潜力，如大气风场、水蒸气和氧气浓度，甲烷浓度及二氧化碳浓度检测等。

　　该研究得到了科技部重点部署项目、国家自然科学基金、上海市扬帆计划等支持。

　　原文链接

(a)EYAP系列玻璃和(b)EYPS10玻璃在980nm激发下的Yb3+:2F5/2能级的荧光衰减曲线；(c)在896nm激发下不同Yb3+/Er3+摩尔比的归一化荧光光谱。

EYAP5的热膨胀曲线，插图是EYAP5块体玻璃

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