Co2+掺杂ZnO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃的制备及光学性能

张 涛，侯铮铮，荆 涛，栗 晟，郭延兴,焦志伟

(1.北方工业大学机械与材料工程学院，北京 100144；2.甘肃省固体废物与化学品中心，兰州 730020)

0 引 言

基于Er3+的4I3/2→4I15/2跃迁的1.54 μm铒玻璃激光器[1,2]在激光测距[3]、卫星通信[4]等领域的应用备受瞩目，这些应用通常需要通过调Q(Q-switching)达到峰值功率。铒激光器调Q最方便的方法是在谐振腔中加入非线性光学元件，即可饱和吸收体(saturable absorber, SA)[5-8]，它不仅要求其吸收峰与激光源的波长匹配，而且还要具有光漂白特性，即具有达到吸收饱和后，透过率急剧增加，从而使光脉冲瞬间通过的特性。

Co2+掺杂材料具有低饱和通量，在激光器中容易发生光漂白现象[5-8]，因而可以用于可饱和吸收体。在尖晶石中由于位于四面体位置的Co2+与其4A2(4F)→4T1(4F)跃迁相关，而且在1.2～1.6 μm这个范围表现出宽且强烈的吸收[8-10]。因此，掺钴尖晶石晶体被认为是适合此类激光器的被动调Q的可饱和吸收体。目前，Co ∶MgAl2O4单晶被认为是目前最先进的可饱和吸收体[8]，它在1.5 μm处具有较高的基态吸收截面σgsa和较低的饱和吸收通量Fs，并且它的激发态吸收较弱，初始吸收恢复时间只有几百纳秒[8,11]。另外它的导热系数很高，可以生长出光学优异的晶体。然而，Co ∶MgAl2O4单晶的制备难度较高，具有吸收饱和的各向异性和偏振敏感性[11]，吸收带相对较窄，因此研究人员致力于研究新的Co掺杂材料体系来替代Co ∶MgAl2O4单晶。微晶玻璃相对于晶体材料，制备方法简单，可以实现更高的掺杂浓度，被认为是一种理想的替代晶体的材料。目前，掺杂Co2+的尖晶石微晶玻璃已有报道，例如ZnO-Al2O3-SiO2系[12]、MgO-Al2O3-SiO2系[13]、ZnO-Ga2O3-SiO2系[14]和MgO-Ga2O3-SiO2系[15]等。……