本室研究生王必清和王训四研究员、白胜闯副研究员（共同通讯作者）等在期刊Optics & Laser Technology (IF 5.2)上发表题为“Ultra-Low-Threshold Erbium-Doped Tellurite Fiber Lasers through Hydroxyl Suppression and Cavity Optimization”的研究论文。

文章链接： https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2026.116777

1.55 μm人眼安全波段光纤激光在激光雷达、空间光通信、遥感探测等领域具有重要应用价值。与传统石英光纤相比，碲酸盐玻璃具有较低声子能量、较高稀土离子溶解度和较宽的红外透过范围，为短腔高效光纤激光器提供了材料基础。然而，玻璃中残余羟基（-OH）的振动能量与Er3+的4I13/2→4I15/2跃迁能隙耦合，诱导非辐射弛豫，缩短上能级寿命并提高泵浦阈值。同时，光纤散射损耗、Er3+基态再吸收以及谐振腔反馈损耗进一步制约激光效率。既有研究通常分别优化材料组成或腔结构，对材料杂质与腔内光子动力学的协同作用研究不足。因此，亟需探索兼顾低羟基含量、低激光阈值和稳定输出的碲酸盐光纤激光技术。

在本工作中，构建结合羟基猝灭、Er3+上能级寿命与泵浦—信号传输的稳态速率方程模型，系统分析羟基吸收、纤芯直径、增益光纤长度及输出镜反射率对激光阈值的影响。理论结果揭示：降低羟基含量可抑制非辐射损耗、延长荧光寿命；在存在传播及再吸收损耗的条件下，增益长度与腔镜反射率需要协同优化，才能获得更低的泵浦阈值。

图1.羟基猝灭机理及激光阈值理论分析。(a) Er3+与羟基振动耦合引起的非辐射弛豫示意图；(b)不同羟基吸收系数下激光阈值随荧光寿命变化的计算结果。

在材料制备方面，采用氧气保护下的真空熔融工艺制备Er3+掺杂70TeO2–25ZnO–5La2O3（TZL）玻璃，经挤压成型及热拉丝获得芯包结构光纤。通过傅里叶变换红外光谱、近红外荧光及寿命测试，对羟基抑制效果进行定量表征。

图2. Er3+掺杂碲酸盐玻璃的光谱性能。(a)提纯前后3.25 μm处羟基吸收系数；(b) 1.55 μm波段发射光谱；(c)不同Er3+浓度样品的荧光衰减曲线。

实验结果表明：提纯后玻璃在3.25 μm处的羟基吸收系数由1.546 cm-1降至0.009 cm-1，降幅约99.4%；Er3+的1.55 μm荧光寿命达到8.09 ms，非辐射猝灭得到显著抑制。所制光纤纤芯直径约28.9 μm、包层直径约294.3 μm，数值孔径约0.30，为短腔光纤激光器的构建提供了基础。

图3.激光腔优化与光纤性能。(a)阈值随纤芯直径变化的理论计算；(b)不同输出腔镜反射率下阈值功率随光纤长度的变化；(c)光纤横截面显微图；(d)976 nm及1550 nm损耗测试结果。

基于理论预测与光纤实测参数，采用21 cm增益光纤构建976 nm泵浦的线性激光腔。在95%输出镜反射率下，最低泵浦阈值仅为10.82 mW；使用70%反射率输出镜时，最大输出功率达到52.16 mW，斜率效率为27.46%。激光中心波长约1546.5 nm，连续2 h输出功率的相对均方根波动仅为0.352%；仿真与实验呈现良好一致性。

图4.低阈值Er3+掺杂碲酸盐光纤激光器的输出性能。(a)测试装置示意图；(b)输出功率与吸收泵浦功率关系；(c)激光输出光谱；(d)2 h输出功率稳定性。