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《华南理工大学》 2011年
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稀土掺杂氟氧微晶玻璃的制备及近红外光谱特性研究

陈钦俊  
【摘要】:稀土掺杂透明氟氧微晶玻璃结合了氟化物晶体的高效发光和氧化物玻璃的良好稳定性等优点,在非线性光学、光纤激光器、三维显示、数据存储以及太阳能电池等领域有广泛应用前景。 本文从组成为45SiO_2-25Al_2O_3-10Na_2O-20CaF_2的玻璃入手,采用传统的熔体急冷法以及后续热处理制备出含CaF_2纳米晶粒的透明氟氧微晶玻璃。结合差热分析(DSC),X射线衍射(XRD),透射电子显微镜(TEM),吸收光谱以及荧光光谱等测试方法分析研究了母体玻璃和微晶玻璃的工艺特性及光学特性。本文开展的主要研究工作有: (1)Tm~(3+)离子掺杂透明氟氧微晶玻璃的研究。利用非等温条件的DSC分析研究了CaF_2玻璃中晶体的成核和生长过程,结果表明CaF_2析晶行为属于扩散控制型的过程,新相具相当尺寸。计算了微晶玻璃中晶相的晶格常数a,通过晶格常数的变化来分析Tm~(3+)离子在纳米晶相中的掺杂行为。透射电镜明场像和高分辨电子显微像表明了尺寸为8-15 nm的CaF_2纳米晶粒均匀分布在氧化物玻璃体中。随着热处理温度的升高,微晶玻璃中析出晶相体积增多,有利于更多的稀土离子进入CaF_2纳米晶相。因此,在808 nm半导体激光器(LD)的泵浦下,Tm~(3+)离子掺杂样品在1.8μm的荧光随热处理温度的升高而增强。 (2)Tm~(3+)-Ho~(3+)共掺氟氧微晶玻璃研究。XRD和TEM分析证明了CaF_2纳米晶粒均匀分布在氧化物玻璃基质中;能量色散X射线光谱仪(EDX)结果表明Tm~(3+)和Ho~(3+)进入了CaF_2纳米晶粒;晶化后,J-O强度参数Ω_2值变小而Ω_6值增大,表明了Tm~(3+)和Ho~(3+)离子进入了更具对称性的离子晶体环境。在808 nm LD泵浦下,微晶玻璃中的2.02μm荧光得到增强,这主要得益于Tm~(3+)和Ho~(3+)在CaF_2纳米晶相环境中更有效的交叉弛豫过程:Tm~(3+): 3~H_4 + 3~H_6→2 3~F_4,以及Tm~(3+): 3~F_4→Ho~(3+): 5~I_7的能量传递。 (3)Pr~(3+)单掺及Pr~(3+)-Yb~(3+)共掺氟氧微晶玻璃研究。在470 nm氙灯激发下,记录了Pr~(3+)单掺和Pr~(3+)-Yb~(3+)共掺微晶玻璃样品的的荧光光谱。观察到了Pr~(3+): 1~D_2→3~F_4的1037 nm荧光并分析了Pr~(3+)离子之间的能量传递。随着Yb~(3+)离子的共掺,可以探测到Yb~(3+): 2~F_(5/2)→2~F_(7/2)的976 nm荧光。分析了Pr~(3+)向Yb~(3+)的三种可能的能量传递机理。Yb~(3+)- Pr~(3+)上转换为双光子吸收过程,晶化后,其上转换发光强度明显增强。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TQ171.1

【参考文献】
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