阅读说明：本技术 在掺镨的常规玻璃和纤维中的高效发射 (High efficiency emission in praseodymium doped conventional glass and fibers ) 是由 M·P·罗伯特 于 2020-02-19 设计创作，主要内容包括：在掺镨的常规玻璃和纤维中的高效发射。一种光学材料,包括：二氧化硅主体；以及,镨掺杂剂；其中镨原子被配置为在所述二氧化硅主体中形成纳米团簇。另外,所述光学材料可以含有镱共掺杂剂。纳米团簇包括Ge、Te、Ta、Lu和/或F、Cl,以使多声子猝灭最小化。此外,可以将所述纳米团簇封装在低声子能量壳中,以使向主体基质的能量转移最小化。(High efficiency emission in praseodymium doped conventional glass and fibers. An optical material comprising: a silica body; and, a praseodymium dopant; wherein praseodymium atoms are configured to form nanoclusters in the silica body. In addition, the optical material may contain an ytterbium co-dopant. Nanoclusters include Ge, Te, Ta, Lu and/or F, Cl to minimize multiphoton quenching. Furthermore, the nanoclusters may be encapsulated in a low phonon energy shell to minimize energy transfer to the host matrix.)

在掺镨的常规玻璃和纤维中的高效发射

相关申请的交叉引用

本申请要求申请日为2019年2月19日、申请号为No.62/807,521的美 国临时专利申请的优先权。美国临时专利申请62/807,521的公开内容和全部 教导通过引用并入本申请。

技术领域

本发明主要涉及光学材料，更具体地，涉及掺镨光纤。

背景技术

由于与基质(matrix)的相互作用，镨(Pr)中的1.3μm跃迁发生多声 子猝灭，这从根本上完全消除了二氧化硅基主体(silica based hosts)中的辐 射发射。可以通过选择低声子能量主体(例如氟化物玻璃)使其最小化。尽 管在中红外(mid-IR)中氟化物光纤的光损耗低于二氧化硅，但在1.3μm处 二氧化硅光纤中的光损耗要低得多，这对光纤激光器和放大器是有利的。浓 度淬灭还显示出限制了中红外主体(例如氟化物玻璃)中的掺杂剂浓度。

发明内容

为了克服上述的缺点，本申请提出在二氧化硅中掺杂铒(Er)纳米团簇 显示出的高效率可以扩展到Pr，这可以允许更高的掺杂剂浓度和更优的性 能。

另外，有可能调整纳米团簇的形成，以将在1.3μm窗口中发生的激发态 吸收(ESA)转移到更长的波长。这将允许设备在此窗口中扩展操作范围， 这是非常需要的。

本公开的目的是探索在二氧化硅纤维中的掺Pr纳米团簇的优点，使得 针对二氧化硅纤维开发的技术可以用于该应用。

本发明的一种实施方式提供了一种光学材料，该光学材料含有：二氧化 硅主体；以及镨掺杂剂；其中镨原子被配置为在二氧化硅主体中形成富硅的 纳米团簇。

本发明的一种实施方式提供了一种光纤放大器，该光纤放大器包括由光 学材料制成的光纤，所述光学材料包括：二氧化硅主体；以及镨掺杂剂；其 中镨原子被配置为在二氧化硅主体中形成富硅的纳米团簇。

另外，光学材料可以含有镱共掺杂剂。纳米团簇可以含有Ge、Te、Ta、 Lu和/或F、Cl以及Pr，或者，纳米团簇可以完全由Ge、Te、Ta、Lu和/或 F、Cl以及Pr组成，以使多声子猝灭最小化。此外，可以将纳米团簇封装在 低声子能量壳中，以使得向主体基质(the hostmatrix)的能量转移最小化。

具体实施方式

在本文公开的本发明的实施方式的描述中，对方向或定向的任何引用仅 是为了方便描述，而不是以任何方式限制本发明的范围。相对术语，例如“下” (lower)，“上”(upper)，“水平”，“垂直”，“上”(above)，“下”(below)， “上”(up)，“下”(down)，“顶”(up)和“底”(bottom)以及它们的派生 词(例如，“水平地”(horizontally)，“向下地”(downwardly)，“向上地” (upwardly)等)应解释为指的是所描述的方向。这些相对术语仅是为了方 便描述，除非明确指出，否则不需要在特定方向上构造或操作该设备。除非 另有明确说明，诸如“附接”(attached)，“使……附于”(affixed)，“连接” (connected)，“耦合”(coupled)，“相互连接”(interconnected)等类似的术 语是指一种关系，其中结构通过中间结构、以及可移动的或刚性的附件或关 系直接或间接地彼此固定或彼此附接。而且，本发明的特征和优点通过参考 示例性实施方式来说明。因此，本发明明确地不应限于此种示例性实施方式， 这些示例性实施方式说明特征的一些可能的非限制性组合，这些非限制性组 合可以单独存在或者与其他特征相组合而存在；本发明的范围由所附的权利 要求书限定。

本发明描述了当前设想的实施本发明的最佳方式，该描述并非旨在以限 制性的意义来理解，而是提供了仅出于说明性目的给出的本发明的示例，以 向本领域的普通技术人员建议本发明的优点和构造。

本发明的实施方式提出将镨纳米团簇掺杂到二氧化硅预成型坯中，以拉 制适于制造1.3μm的放大器的低损耗光纤。纳米团簇被设计为最大程度地减 小来自聚集和多声子作用的猝灭的影响。该技术的优点是在感兴趣区域中 (the region of interest)的低损耗光纤、成本以及ESA光谱向更长波长的潜 在迁移。

本发明的一种实施方式在二氧化硅纤维中使用高效的Pr掺杂的纳米团 簇，以实现相对于氟化物纤维而言的优异性能。一个优选的实施方式包括与 Yb共掺杂以获得最佳性能。在本发明的一个实施方式中，纳米团簇包含但 不限于重金属和/或阴离子，以使得多声子猝灭最小化，重金属例如锗(Ge)、 碲(Te)、钽(Ta)、镥(Lu)等，阴离子例如氟(F^-)和/或氯(Cl^-)。

将Pr掺杂的纳米团簇封装在低声子能量壳中以使向主体基质的能量转 移最小化也可能是有利的。在一个实施方式中，通过耗尽纳米团簇的表面的 镨来封装所述纳米团簇。在另一个实施方式中，通过用未掺杂的组分或优化 的组分涂覆纳米团簇来封装纳米团簇，这种组分将活性离子与主体基质隔 离。

尽管已经就几个所述的实施方式较为详细地特别描述了本发明，但本发 明并不限于任何这样的细节或实施方式或任何具体实施方式，而应是参考所 附权利要求书来解释本发明，以便根据现有技术对此类权利要求提供最广泛 的解释，因此，从而有效地涵盖本发明的预期范围。此外，上文根据发明人 预见的实施方式描述了本发明，对于这些实施例可以使用使能描述，尽管本 发明的非实质性修改(目前尚未预见到)仍可以表示其等同形式。