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铒、镱掺杂硼硅酸盐玻璃的光学特性

李善锋  
【摘要】:掺Er玻璃是目前激光材料领域中的研究热点之一,其在1.53μm处的发光对光纤通信领域内的光放大应用具有重要意义。目前,随着器件小型化的发展趋势,一方面,对玻璃中的掺Er浓度提出了更高的要求;另一方面,由于Yb~(3+)离子卓越的敏化性能,对Er/Yb共掺玻璃的研究也越来越深入。因此,研究不同体系玻璃中Er单掺、Er/Yb共掺系统的光学特性对推动Er掺杂激光器、放大器材料的发展具有非常重要的应用价值。 本文采用固相反应方法,制备了不同掺杂浓度的掺Er、掺Yb和Er/Yb共掺硼硅酸盐激光玻璃及氟化物玻璃陶瓷。通过对吸收光谱、光致荧光光谱以及荧光寿命的测量,计算了掺杂离子在硼硅酸盐中的吸收截面和发射截面,分析了浓度淬灭、能量合作上转换等因素对光致荧光特性的影响。并利用Judd-Ofelt理论对Er离子在硼硅酸盐中的Judd-Ofelt系数、自发辐射寿命等参数进行了计算,并与实测得到的荧光寿命进行了对比。 对于Er单掺硼硅酸盐玻璃,本文系统的比较了掺Er浓度对Er离子荧光寿命的影响,给出了掺Er浓度和Er~(3+)离子能级寿命对荧光强度的影响,观察到了掺Er浓度的提高对荧光光谱的展宽作用,并对Er~(3+)离子自吸收对光致荧光峰形和强度的影响进行了测量和估算。我们还在吸收光谱的基础上,计算了Er~(3+)的吸收截面和发射截面,能级的自发辐射寿命等参数,并给出了不同掺杂浓度下Er~(3+)的光致荧光效率。为了探讨掺Y对高浓度Er~(3+)离子在硼硅酸盐玻璃中分布的弥散作用,我们还研究了掺Y对Er~(3+)荧光寿命的影响。此外,为了讨论基质的声子能量对Er~(3+)离子荧光特性的影响,我们还对掺Er氟化物玻璃陶瓷的上转换荧光进行了分析,并给出了各波长上转换荧光的能级跃迁过程。 为了研究Yb~(3+)离子在硼硅酸盐中的荧光特性,向Er/Yb共掺激光玻璃的研制提供Yb~(3+)的相关数据,我们制备了不同掺杂浓度的掺Yb硼硅酸盐,给出了硼硅酸盐玻璃中的Yb~(3+)离子的吸收截面和受激发射截面以及能级寿命等基本参数,并研究了Yb~(3+)离子团簇的上转换荧光发射。 对于Er/Yb共掺硼硅酸盐玻璃光学特性的研究,我们在吸收光谱的基础上,利用Judd-Ofelt理论对Er~(3+)的光谱参数的进行了计算,将Er~(3+)离子~4I)(13/2)能级的荧光寿命与自发辐射寿命受掺Yb浓度的影响进行了比较。并在对Er~(3+)离子上转换荧光研究的基础上,系统地研究了Yb掺杂浓度对Er~(3+)离子光致荧光的影响。同时,我们还对掺入Yb对Er~(3+)的光谱展宽作用进行了讨论。 通过上述的实验和测量,我们获得了包括Er~(3+)、Yb~(3+)离子数密度、吸收截面、发射


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