Los láseres de fibra óptica en la banda de 2 μm poseen un valor estratégico insustituible en los campos de sensores precisos, medicina avanzada, comunicaciones ópticas espaciales y seguridad nacional, debido a sus ventajas que incluyen seguridad para los ojos humanos, alta transmitancia atmosférica y fuerte absorción por moléculas de agua. Sin embargo, la predictibilidad del diseño de materiales de vidrio de ganancia en el infrarrojo medio de alto rendimiento sigue siendo un desafío. Este trabajo se basa en el sistema ternario de fosfato de bario, cinc y germanio (GeO₂-ZnO-BaO), utilizando métodos termodinámicos y experimentos específicos para predecir y verificar la región formadora de vidrio (abreviada como región formadora), y selecciona el 60GeO₂-20ZnO-20BaO como componente matriz de vidrio con excelente estabilidad térmica. Sobre esta base, mediante experimentos sistemáticos de gradiente de concentración, se determinan las concentraciones óptimas de dopaje de Yb₂O₃ y Ho₂O₃ en 1 mol% y 0.75 mol% respectivamente. Bajo excitación con láser de 980 nm, este vidrio muestra una fuerte emisión fluorescente en la banda de 2 μm (Ho³⁺：⁵I₇→⁵I₈), con una vida fluorescente de 2.92 ms. Las secciones eficaces máximas de absorción y emisión de Ho³⁺ son 4.24×10^-21 cm² y 4.35×10^-21 cm² respectivamente, situándose a un nivel alto en sistemas de vidrio similares. Además, mediante el método integral de superposición extendida se reveló cuantitativamente el mecanismo de transferencia de energía asistida por fonones en el sistema, con un coeficiente de transferencia de energía para Yb³⁺：²F_5/2→ Ho³⁺：⁵I₆ de 9.88×10^-41 cm⁶/s, dominado por el proceso de un solo fonón (86.37%), y la eficiencia de transferencia directa es aproximadamente dos órdenes de magnitud mayor que la inversa (Ho³⁺：⁵I₆→ Yb³⁺：²F_5/2), lo que ayuda a reducir la pérdida de energía por reciclaje. Los resultados indican que el vidrio co-dopado Yb³⁺/Ho³⁺ basado en el diseño termodinámico del sistema BaO-ZnO-GeO tiene un excelente rendimiento espectral y características eficientes de transferencia de energía en la banda de 2 μm, mostrando potencial como material de ganancia láser en el infrarrojo medio y proporcionando una referencia para el diseño de sistemas de vidrio relacionados.

Vidrio BaO-ZnO-GeO; Predicción termodinámica; Codopaje Yb³⁺/Ho³⁺; Emisión 2 μm; Transferencia de energía asistida por fonones