Faserlaser im 2-μm-Bereich besitzen aufgrund ihrer Kombination aus Augensicherheit, hoher atmosphärischer Durchlässigkeit und starker Absorption durch Wassermoleküle einen unverzichtbaren strategischen Anwendungswert in den Bereichen Präzisionssensorik, High-End-Medizin, Raumfahrtoptische Kommunikation und Verteidigungssicherheit. Die Vorhersagbarkeit des Designs leistungsstarker mittlerer Infrarot-Glasverstärkermaterialien stellt jedoch weiterhin eine Herausforderung dar. In dieser Arbeit wurde basierend auf dem ternären System Bariums-Zink-Germanat (GeO₂-ZnO-BaO) mit thermodynamischen Methoden und gezielten Experimenten der Glasbildungsbereich (kurz Glasbildungsbereich) vorhergesagt und verifiziert. Dabei wurde 60GeO₂-20ZnO-20BaO als Matrizenkomponente mit ausgezeichneter thermischer Stabilität ausgewählt. Basierend darauf wurden mittels systematischer Konzentrationsgradient-Experimente die optimalen Dotierkonzentrationen von Yb₂O₃ und Ho₂O₃ mit 1 mol% bzw. 0,75 mol% bestimmt. Unter 980-nm-Laseranregung zeigte dieses Glas eine starke Fluoreszenzemission im 2-μm-Bereich (Ho³⁺: ⁵I₇ → ⁵I₈) mit einer Fluoreszenzlebensdauer von 2,92 ms. Die maximalen Absorptions- und Emissionsquerschnitte von Ho³⁺ betrugen 4,24×10^-21 cm² bzw. 4,35×10^-21 cm², was ein hohes Niveau innerhalb ähnlicher Glassysteme darstellt. Durch die Erweiterung der Überlappungsintegralmethode wurde der phononassistierte Energieübertragungsmechanismus dieses Systems quantitativ aufgezeigt, wobei der Energietransferkoeffizient von Yb³⁺: ²F_5/2 zu Ho³⁺: ⁵I₆ 9,88×10^-41 cm⁶/s beträgt. Der Ein-Phonon-Assist-Prozess dominiert mit 86,37 % und die Effizienz des Vorwärts-Transfers ist etwa zwei Größenordnungen höher als der Rückwärtsprozess (Ho³⁺: ⁵I₆ → Yb³⁺: ²F_5/2), was zur Verringerung von Energie-Feedback-Verlusten beiträgt. Die Ergebnisse zeigen, dass das thermodynamisch designte und selektierte Yb³⁺/Ho³⁺-dotierte Bariums-Zink-Germanat-Glas im 2-μm-Bereich hervorragende spektrale Eigenschaften und eine effiziente Energieübertragung aufweist, mit Potenzial für Anwendungen als Verstärker-Material für mittlere Infrarotlaser und bietet eine Referenz für das Design verwandter Glassysteme.

Bariums-Zink-Germanat-Glas; thermodynamische Vorhersage; gemeinsame Dotierung Yb³⁺/Ho³⁺; 2-μm-Emission; phononassistierter Energietransfer