Les lasers à fibre optique dans la bande des 2 μm présentent une valeur d’application stratégique irremplaçable dans les domaines de la détection précise, de la médecine de pointe, des communications optiques spatiales et de la sécurité nationale, grâce à leurs avantages combinant la sécurité oculaire, une haute transmissivité atmosphérique et une forte absorption par les molécules d’eau. Cependant, la prédictibilité de la conception des matériaux vitrocéramiques à gain moyen infrarouge performant reste un défi. Cet article, basé sur le système ternaire BaO-ZnO-GeO₂, utilise des méthodes thermodynamiques et des expériences ciblées pour prévoir et valider la zone de formation du verre (abrégée en zone formant verre), sélectionnant ainsi le 60GeO₂-20ZnO-20BaO en tant que composant matriciel de verre avec une excellente stabilité thermique. Sur cette base, à travers une série d’expériences avec un gradient de concentration, les concentrations optimales de dopage en Yb₂O₃ et Ho₂O₃ ont été déterminées respectivement à 1 mol% et 0,75 mol%. Sous excitation laser à 980 nm, ce verre affiche une forte émission fluorescente dans la bande des 2 μm (Ho³⁺：⁵I₇→⁵I₈), avec une durée de vie de fluorescence de 2,92 ms. Les sections efficaces maximales d’absorption et d’émission de Ho³⁺ sont de 4,24×10^-21 cm² et 4,35×10^-21 cm² respectivement, positionnant ce verre à un niveau élevé parmi les systèmes vitreux similaires. En outre, par la méthode d’intégrale d’emprise élargie, le mécanisme de transfert d’énergie assisté par phonons a été quantifié dans ce système, avec un coefficient de transfert d’énergie de Yb³⁺：²F_5/2→ Ho³⁺：⁵I₆ de 9,88×10^-41 cm⁶/s, dominé par un processus mono-phononique (86,37%), et une efficacité de transfert vers l’avant environ deux ordres de grandeur plus élevée que celle en sens inverse (Ho³⁺：⁵I₆→ Yb³⁺：²F_5/2), contribuant à réduire les pertes d’énergie dues au retour de transfert. Ces résultats montrent que le verre co-dopé Yb³⁺/Ho³⁺ basé sur la conception thermodynamique du système BaO-ZnO-GeO possède d’excellentes performances spectrales et un transfert d’énergie efficace dans la bande des 2 μm, ce qui fait de lui un matériau prometteur pour le gain laser moyen infrarouge et fournit une référence pour la conception des systèmes vitreux connexes.

Verre BaO-ZnO-GeO; Prédiction thermodynamique; Co-dopage Yb³⁺/Ho³⁺; Émission 2 μm; Transfert d’énergie assisté par phonons