發(fā)布時間：2018-08-28 07:16

【摘要】：在近幾十年里,一種或多種稀土離子摻雜的玻璃材料是一種具有廣泛應用的介質材料,用于各種線性和非線性的光學應用,比如在彩色顯示、通訊、激光手術、熒光粉、生物熒光標記、醫(yī)療診斷等諸多方面的應用[1]。在眾多的稀土離子中,鈥離子和鉺離子具有獨特的能級結構以及在可見區(qū)域和近紅外區(qū)域具有獨特的特征發(fā)射,尤其是Ho~(3+)離子的~5I_7能級擁有長的熒光壽命和大的自激發(fā)射截面。目前,在通訊領域中鉺離子摻雜的光學放大器已經為光纖通訊領域帶來了突破性的發(fā)展,極大的提高了信息的傳輸能力,但隨著信息社會的發(fā)展對于目前的通訊網絡的信息傳輸能力提出了更高的需求,進一步探尋新波段的光學放大器就顯得十分必要了。隨著石英光纖的制備工藝的不斷提高,使玻璃基質中的羥基(OH-)含量不斷降低,由羥基振動所引起的信號衰減已減小到~0.3dB/km。所以,包含石英光纖的零色散波段的1.2~1.4μm的波長范圍有望成為光學通訊網絡實現信號放大的新波段。同時,Ho~(3+)離子在1.2~1.4μm的范圍內擁有紅外熒光發(fā)射,因此Ho~(3+)的~5I_6?~5I_8和(~5F_4,~5S_2)?~5I_5輻射躍遷具有在1.2~1.4μm范圍內實現光學信號放大的應用潛力。自1962年約翰遜首次報道了Ho~(3+)摻雜的CaWO_4的晶體獲得了2.0μm的特征發(fā)射后,關于Ho~(3+)摻雜的各種晶體材料和玻璃材料都有了大量的報道。Ho~(3+)的2.0μm特征發(fā)射可應用在激光醫(yī)學手術、遙感監(jiān)測、大氣污染檢測等領域。本課題采用的玻璃基質是碲酸鹽玻璃基質,其同氧化物玻璃相比,如硅酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃和硼酸鹽玻璃:具有較小的聲子能量和良好的稀土離子溶解性,可有效提高稀土離子的發(fā)光強度;其同非氧化物相比:具有良好的機械性能和熱穩(wěn)定性,降低了玻璃制備工藝的難度,有利于實現光纖的拉制。本工作取得具體成果如下:1.采用熔融法制備了Ho~(3+)單摻和Ho~(3+)/Yb~(3+)共摻的多元組分鍺碲酸鹽玻璃(MGT)。根據經驗公式估計出MGT玻璃的聲子能量約為780cm~(-1),這表明了在該玻璃基質中可以有效實現紅外輻射躍遷。通過Judd-Ofelt理論求出了J-O強度參數:Ω_2=5.32×10~( 20)cm~2,Ω_4=2.73×10~( 20)cm~2和Ω_6=1.12×10~( 20)cm~2,并進一步推導出了自發(fā)輻射幾率、理論輻射壽命和熒光分支比等光譜參數。Ho~(3+)的~1.2μm和~1.4μm發(fā)射的最大發(fā)射截面分別是3.10×10~( 21)和1.81×10~( 21)cm~2,并進一步求出了理論增益截面,表明了在紅外區(qū)域內作為光學放大器的潛在應用。測試了Ho~(3+)/Yb~(3+)共摻樣品的上轉換熒光光譜,表明了Yb~(3+)在980nm激發(fā)條件下可以對Ho~(3+)實現有效敏化;并獲得了其在~2.0μm發(fā)射處的發(fā)射截面和吸收截面,其相應的數值分別是4.93×10~( 21)和5.42×10~( 21)cm~2。上述結果表明了Ho~(3+)/Yb~(3+)共摻的MGT玻璃在光學放大器和激光材料方面具有潛在的應用前景。2.采用熔融法制備了Er~(3+)單摻和Er~(3+)/Yb~(3+)共摻的多元組分鍺碲酸鹽玻璃(MGT)。采用J-O理論對吸收光譜進行擬合分析,得到了J-O強度參數,其值分別是Ω_2=5.51×10~( 20)cm~2,Ω_4=1.54×10~( 20)cm~2和Ω_6=1.02×10~( 20)cm~2,其可用來分析稀土離子周圍的玻璃結構和理化性能。通過J-O強度參數,進一步求出了其它光譜參數,如自發(fā)輻射躍遷幾率、理論熒光壽命、熒光分支比等。測試了Er~(3+)/Yb~(3+)共摻樣品的上轉換熒光光譜和紅外光譜,Er~(3+)離子在MGT玻璃中~1.5μm特征發(fā)射的吸收截面和發(fā)射截面的最大值分別是7.46×10~( 21)和7.94×10~( 21)cm~2,較大的吸收和發(fā)射截面有利于提高稀土離子的發(fā)光強度。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：大連工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ171.1

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 殷丹丹;周亞訓;鄭世超;徐星辰;王訓四;戴世勛;;Er~(3+)/Tm~(3+)共摻TeO_2-ZnO-Na_2O玻璃的近紅外光譜特性及能量傳遞機理[J];中國激光;2013年09期

2 何峰;劉佳;房玉;;SrO-MgO-SiO_2系玻璃形成區(qū)及其熱性能的研究[J];武漢理工大學學報;2012年01期

3 辛鳳霞;趙士龍;徐時清;夾國華;鄧德剛;王煥平;黃立輝;;Preparation and photoluminescence of Eu-doped oxyfluoride borosilicate glass ceramics[J];Journal of Rare Earths;2012年01期

4 于曉波;王乃芹;趙昕;陳寶杰;李長敏;林海;;Tm~(3+)/Ho~(3+)/Yb~(3+)摻雜鉍碲酸鹽玻璃上轉換白光[J];光學學報;2010年07期

5 王勇超;夏海平;林瓊斐;章踐立;張勤遠;;Tm~(3+)和Ho~(3+)雙摻氟鍺酸鹽玻璃的中紅外發(fā)光性質[J];光子學報;2010年02期

6 林瓊斐;夏海平;張約品;王金浩;章踐立;賀賽龍;;Gain properties of germanate glasses singly doped with Tm~(3+) and Ho~(3+) ions[J];Journal of Rare Earths;2009年01期

7 駱永石;張家驊;張霞;;摻鉺碲鎢酸鹽玻璃光譜性質的研究[J];中國光學與應用光學;2009年01期

8 吳昭君;孫江亭;張家驊;駱永石;呂樹臣;孫民華;;新型摻鉺碲酸鹽玻璃光譜性質和熱穩(wěn)定性研究[J];光電子.激光;2008年08期

9 于曉波;趙昕;李長敏;林海;;光學玻璃最大聲子能量的紅外光譜估算[J];大連工業(yè)大學學報;2008年02期

10 肖凱;楊中民;馮洲明;;Er~(3+)離子摻雜鋇鎵鍺玻璃上轉換發(fā)光機理研究[J];物理學報;2007年06期

，

本文編號：2208680