收藏本站
《华南理工大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

掺Er~(3+)氟氧化物微晶玻璃析晶和中红外发光特性研究

刘银  
【摘要】:~3μm波段激光在激光雷达、遥感、激光医疗和中红外激光泵浦源等领域具有重要的应用前景,因此近年来受到了研究人员的广泛关注。目前,~3μm波段的稀土掺杂固体激光器所采用的基质材料主要是氟化物玻璃和光纤,特别是ZrF_4-BaF_2-LaF_3-AlF_3-NaF(ZBLAN)体系得到了广泛的研究,然而氟化物玻璃存在力学性能较差、损伤阈值较低、制备条件比较苛刻等缺点。研制综合性能良好的中红外激光基质材料对于~3μm波段激光的进一步发展具有重要的意义。透明氟氧化物微晶玻璃由于结合了氧化物玻璃和氟化物晶体的优点,具有优异的发光性能和机械强度,拥有广阔的应用前景。本课题旨在研究探索透明氟氧化物微晶玻璃的组成和晶化工艺,研究稀土离子Er~(3+)掺杂氟氧化物微晶玻璃的发光特性尤其是在中红外2.7μm波段的发光特性,为新型、高效~3μm波段激光基质材料的研究提供支持。本论文共分五章。论文第一章介绍了~3μm激光的特点及应用,以及产生该波段荧光和激光的稀土离子及其发光机理,同时综述了~3μm波段的稀土掺杂固体激光器和微晶玻璃的研究进展。论文第二章介绍了样品的制备工艺和性能测试方法,并简要介绍了计算稀土离子光谱参数的相关理论。论文第三章研究了掺Er~(3+)含NaYF_4纳米晶微晶玻璃的析晶和发光性能。首先在硅铝酸盐玻璃体系中制备得到了透明的微晶玻璃。透射电子显微镜(TEM)测试发现掺杂Er~(3+)离子主要聚集在氟化物纳米晶中,表明该体系中Er~(3+)离子优先进入纳米晶中。计算了玻璃和微晶玻璃的Judd-Ofelt(J-O)强度参数,结果表明与以往研究现象不同,微晶玻璃的Ω_2值相比于母体玻璃并未减小,表明母体玻璃中Er~(3+)离子同样处于对称性高、共价键低的格位。研究了样品在980 nm激光激发下的发光性能,在微晶玻璃中获得了2.7μm荧光,发光强度随着热处理温度的升高而增大,最大发射截面为0.64×10~(-20) cm~2,增益谱中当p≥0.6时即可在整个2.7μm发光波段获得正增益,表明该体系微晶玻璃作为中红外激光材料有较大的潜力。此外,为了调控微晶玻璃的性能,研究了玻璃组分中Na_2O/NaF比例调控对微晶玻璃析晶和发光性能的影响,结果表明玻璃组分的变化并未影响玻璃的可控析晶,X射线衍射(XRD)和TEM测试表明各组分微晶玻璃中均为立方NaYF_4晶体,但随着组分中Na_2O含量的增大,XRD峰位向高角度偏移,玻璃中NaYF_4晶体的结构发生畸变。发光测试结果表明在各组分微晶玻璃样品中均得到了明显的2.7μm发光,随着组分中Na_2O含量的提高2.7μm发光峰劈裂更加明显,但发光强度减弱。论文第四章研究了掺Er~(3+)含氟氧化镥纳米晶微晶玻璃的玻璃组分对玻璃析晶和发光性能的影响。通过选择合适的晶化热处理条件在含不同Na_2O/NaF比的组分中均制备得到了透明的氟氧化物微晶玻璃,其中当Na_2O/NaF为12/18和15/15时,微晶玻璃中的晶相为正交晶系的Lu_nO_(n-1)F_(n+2)(n=5-10),而当Na_2O/NaF为18/12时晶相转变为立方晶系的LuOF纳米晶。研究了各组分微晶玻璃在980nm激光激发下的发光性能,结果表明含Lu_nO_(n-1)F_(n+2)(n=5-10)纳米晶的微晶玻璃具有更高的2.7μm发光强度。此外,详细研究了Na_2O/NaF=15/15组分微晶玻璃的发光性能,J-O强度参数的计算结果表明微晶玻璃中的Ω_2增大,Er~(3+):2.7μm发光的自发辐射跃迁几率和荧光分支比略微增大。发光测试表明微晶玻璃中2.7μm发光强度和上能级(~4I_(11/2))寿命随着热处理温度的升高而增大,微晶玻璃中的最大发射截面为0.52×10~(-20) cm~2,同时增益谱中当p≥0.6时即可在整个2.7μm发光波段获得正增益。为了调控微晶玻璃的发光以及设计制备微晶玻璃,论文第五章研究探讨了RF_3(R=Y,La和Gd)取代玻璃组分中的SrF_2对掺Er~(3+)含SrF_2纳米晶微晶玻璃的析晶和发光性能的影响。研究表明稀土氟化物少量取代SrF_2能够促进玻璃的析晶和发光离子进入氟化物纳米晶,随着取代量增加,玻璃的析晶减弱。物相分析表明随着稀土氟化物的取代微晶玻璃中的晶相从SrF_2纳米晶转变为Sr_(1-x)R_xF_(2+x)固溶体以及Sr_2RF_7晶相。吸收光谱测试表明母体玻璃和微晶玻璃中Er~(3+)离子超灵敏跃迁的差别随着稀土氟化物的取代不断减小,表明其J-O强度参数中的Ω_2差值不断降低。发光测试的结果表明稀土氟化物的取代使微晶玻璃中1.5μm的发光劈裂发生了明显变化,同时少量的取代能够显著增强微晶玻璃的2.7μm发光强度。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ171.733

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙骁;韩隆;王克强;;直接抽运中红外固体激光器研究进展[J];激光与光电子学进展;2017年05期
2 刘荣荣;朱基千;刘军芳;王静雅;苏良碧;唐飞;姜大朋;钱小波;吴庆辉;;退火处理对Nd,Y:SrF_2激光晶体结构缺陷的影响[J];中国激光;2017年03期
3 王燕;李坚富;游振宇;夏候平;朱昭捷;徐金龙;涂朝阳;;2.5~5.0μm波段中红外激光晶体的生长和性能研究[J];中国科学:技术科学;2016年09期
4 刘聪;韦晨;罗鸿禹;刘永;;中红外光纤拉曼激光器的研究进展[J];激光杂志;2015年10期
5 刘丽莎;陈昊鸿;刘必秋;张辉;唐彬;冯贤娟;孙志嘉;赵景泰;;Synthesis, structure and luminescent properties of a new Vernier phase Lu_7O_6F_9 doped by Eu~(3+) as potential scintillator with unique lath tube architecture[J];Journal of Rare Earths;2014年08期
6 张晓光;任国仲;杨槐;;Ho~(3+)/Yb~(3+)共掺杂玻璃陶瓷50SiO_2-50PbF_2的上转换及中红外发光特性[J];光谱学与光谱分析;2014年08期
7 王莹;罗正钱;熊凤福;蔡志平;许惠英;;数值优化3~5 μm中红外ZBLAN光纤拉曼激光器的研究[J];激光与光电子学进展;2014年06期
8 胡曰博;邱建备;周大成;宋志国;杨正文;王荣飞;焦清;周大利;;Spectroscopic properties and mechanism of Tm~(3+)/Er~(3+)/Yb~(3+) co-doped oxyfluorogermanate glass ceramics containing BaF_2 nanocrystals[J];Chinese Physics B;2014年02期
9 赵士龙;徐时清;邓德刚;樊先平;;Intense upconversion luminescence of Er~(3+)/Yb~(3+) codoped oxyfluoride borosilicate glass ceramics containing Ba_2GdF_7 nanocrystals[J];Journal of Rare Earths;2010年06期
10 赵士龙;郑飞;徐时清;王焕平;王宝玲;;Research on upconversion luminescence in new Er~(3+)/Yb~(3+) codoped oxyfluoride borosilicate glass ceramics[J];Chinese Optics Letters;2009年05期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 方再金;透明微晶玻璃以及光纤的制备与光谱转换[D];华南理工大学;2016年
2 张维娟;掺Ho~(3+)氟氧化物微晶玻璃近—中红外发光特性研究[D];华南理工大学;2012年
3 乔旭升;镧系掺杂碱土氟硅酸盐透明发光微晶玻璃的制备与性能研究[D];浙江大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 张家鹏;掺Ho~(3+)氧氟锗酸盐微晶玻璃2.0μm发光特性研究[D];华南理工大学;2013年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李业秋;张善春;赵吉;李漫;岱钦;;基于内腔的KTP光参量振荡器的腔型结构研究[J];激光与红外;2018年04期
2 李明月;邹翔宇;张洪波;邵晶;苏春辉;;Ho~(3+)/Yb~(3+)共掺ZnO-Al_2O_3-GeO_2-SiO_2玻璃陶瓷的制备和上转换发光性质[J];无机化学学报;2018年01期
3 白冲冲;李永亮;王斯琦;李仕明;雷雨;毛傲飞;;氟化物光纤级联激光器技术进展[J];激光与红外;2017年11期
4 曾江辉;张培晴;张倩;李杏;许银生;王训四;戴世勋;;啁啾光纤光栅在硫系光纤激光器中的色散补偿[J];红外与激光工程;2017年10期
5 孙骁;韩隆;王克强;;直接抽运中红外固体激光器研究进展[J];激光与光电子学进展;2017年05期
6 田翠萍;汪滢莹;师红星;程昭晨;王璞;;基于液芯光纤的中红外拉曼激光光源[J];激光与光电子学进展;2017年05期
7 韦钦磊;张洪波;ZOU Xiangyu;CHEN Chen;ZHAO Mengjie;WEI Yanling;SONG Qiong;苏春辉;;Preparation and Optical Properties of Er~(3+):Na_2O-Al_2O_3-SiO_2 Transparent Glass-Ceramics[J];Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science);2017年01期
8 庄丽;田纪亚;;光通信网络维护的氦氖激光器设计研究[J];激光杂志;2017年01期
9 程军;闻军;陈永虎;尹民;段昌奎;;Crystal-field analyses for trivalent lanthanide ions in LiYF_4[J];Journal of Rare Earths;2016年10期
10 李梦萱;郭英奎;张宇;;稀土掺杂氟氧化物微晶玻璃的研究进展[J];机械工程材料;2016年08期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘银;掺Er~(3+)氟氧化物微晶玻璃析晶和中红外发光特性研究[D];华南理工大学;2017年
2 台玉萍;稀土掺杂量子剪裁发光材料在晶硅太阳能电池中的应用基础研究[D];西北大学;2016年
3 赵瑾;稀土掺杂下转换发光材料的光谱调制和能量传递研究[D];西北大学;2016年
4 石君;面向可见光波段激光产生的稀土掺杂氟化物玻璃研究[D];华中科技大学;2016年
5 禹德朝;掺稀土发光材料多光子近红外量子剪裁研究[D];华南理工大学;2014年
6 肖生春;稀土掺杂氟氧化物纳米微晶玻璃上转换发光特性研究[D];长春理工大学;2013年
7 张维娟;掺Ho~(3+)氟氧化物微晶玻璃近—中红外发光特性研究[D];华南理工大学;2012年
8 朱立刚;稀土离子掺杂发光玻璃的制备与性能研究[D];中南大学;2012年
9 骆群;稀土掺杂发光玻璃陶瓷制备与光学性能研究[D];浙江大学;2011年
10 林常规;GeS_2基硫系玻璃陶瓷的微晶化机理、可控制备及其性能研究[D];武汉理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 王翔;V_2O_5-P_2O_5-Bi_2O_3系低熔点玻璃粉的制备及性能研究[D];西安工程大学;2017年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 董怡静;马秀华;李世光;朱小磊;;3~5μm光参量振荡技术进展研究[J];激光与光电子学进展;2016年09期
2 柯常军;孔心怡;王然;李志永;;中红外Fe:ZnSe激光技术最新研究进展[J];红外与激光工程;2016年03期
3 刘坚;刘军芳;苏良碧;张倩;马凤凯;姜大朋;徐军;;Gd~(3+)/Y~(3+)共掺对Nd:CaF_2晶体光谱性能的影响[J];物理学报;2016年05期
4 刘旺;董玮利;王殿巍;李春;林海;曾繁明;;共沉淀法合成Ho:BaY_2F_8粉体的研究[J];长春理工大学学报(自然科学版);2015年05期
5 吉恩才;柳强;聂明明;罗辉;胡玉熙;官周国;巩马理;;Spectroscopic properties of heavily Ho~(3+) -doped barium yttrium fluoride crystals[J];Chinese Physics B;2015年09期
6 潘其坤;;中红外固体激光器研究进展[J];中国光学;2015年04期
7 韩隆;苑利钢;陈国;候天禹;魏磊;何利杰;王克强;;26W中波红外固体激光器[J];中国激光;2015年03期
8 吉恩才;汪露;柳强;巩马理;;直接泵浦中红外Ho:BYF激光器综述[J];中国科技论文;2015年05期
9 彭雅珮;姜本学;范金太;袁新强;张龙;;激光二极管直接抽运中红外固体激光材料综述[J];激光与光电子学进展;2015年02期
10 唐景平;胡丽丽;陈树彬;陈伟;王标;翁泽安;徐永春;陈尤阔;邹兆松;胡俊江;温磊;李顺光;;大尺寸连熔N31型掺钕磷酸盐激光玻璃的性能研究[J];中国激光;2015年02期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 张欣;光通信系统中掺铒光纤激光器的研究[D];兰州大学;2007年
2 乔旭升;镧系掺杂碱土氟硅酸盐透明发光微晶玻璃的制备与性能研究[D];浙江大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 陈钦俊;稀土掺杂氟氧微晶玻璃的制备及近红外光谱特性研究[D];华南理工大学;2011年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 蒋冬青,陈晖;微晶玻璃在建筑领域的应用[J];今日科技;2000年12期
2 李延报,沈鸽,程逵,翁文剑,韩高荣,J.Domingos Santos;生物医用钙磷酸盐微晶玻璃[J];材料科学与工程;2001年01期
3 陈国华,康晓玲;微晶玻璃装饰板的生产及市场发展前景[J];建材工业信息;2001年07期
4 陈国华,谭文莉,康晓玲,曾利群,梁东成;微晶玻璃装饰板的生产及其应注意的问题[J];陶瓷;2001年02期
5 陈国华,康晓玲;烧结微晶玻璃工业原料新资源的开发利用[J];陶瓷工程;2001年06期
6 宋开新,俞建长;微晶玻璃的制备与应用[J];山东陶瓷;2002年01期
7 刘心宇,陈国华;烧结微晶玻璃的生产及其着色[J];硅酸盐通报;2002年03期
8 蒋冬青,陈晖,王仕;微晶玻璃在建筑领域的应用及展望[J];建材工业信息;2002年05期
9 谭金华;微晶玻璃的生产工艺、现状及发展前景[J];石材;2002年04期
10 于向阳,李敬华,芦忠新,周子正,程继健;微晶玻璃建材的研究与应用[J];玻璃与搪瓷;2002年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 姚树玉;韩野;王淑峰;崔洪芝;陈蕴博;;粉煤灰微晶玻璃制品制备技术[A];第一届脱硫技术及脱硫石膏、脱硫灰(渣)处理与利用大会论文集[C];2007年
2 李晓明;刘春刚;李嘉洋;;利用工业废弃物工业化生产微晶玻璃建材的技术介绍[A];电子玻璃技术(2010年第1、2期)[C];2010年
3 郑伟宏;程金树;汤李缨;;热处理制度对高强微晶玻璃结构和性能的影响[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
4 王洪影;夏海平;章践立;王金浩;;掺杂ZnO-Al_2O_3-SiO_2微晶玻璃的研制及吸收光谱特性[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅰ[C];2004年
5 张洪波;姜静;王轶敏;邵晶;张华山;苏春辉;;SiO_2-Al_2O_3-P_2O_5系透明微晶玻璃的制备及表征[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(1)[C];2007年
6 贲成樑;;微晶玻璃生产与高效节能窑[A];2007年全国玻璃窑炉技术研讨交流会论文汇编[C];2007年
7 何坤;王衍行;祖成奎;陈江;韩滨;赵慧峰;刘永华;;Li_2O-Al_2O_3-GeO_2-P_2O_5微晶玻璃结构与电导率的研究[A];2011中国硅酸盐学会电子玻璃分会论文选编[C];2011年
8 吴建锋;徐晓虹;吴菊芳;李坤;张亚祥;陈绪娟;;用钼渣制备微晶玻璃及其结构研究[A];中国硅酸盐学会环保学术年会论文集[C];2012年
9 林妙玲;赵丽娟;兰子鉴;常丽芬;余华;;氟氧化物微晶玻璃散射效率的研究[A];第十七届全国光散射学术会议摘要文集[C];2013年
10 董伟;卢金山;;稀土氧化物对Li_2O-Al_2O_3-SiO_2微晶玻璃光学性能的影响[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第4分册)[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 张立君;微晶玻璃要全力打拼市场[N];中国建材报;2002年
2 记者 刘荣慧 特约记者 谷永生;晶牛微晶玻璃猛创效益 工业领域大规模引用[N];中国建材报;2003年
3 牛晓;我国首条透明航天微晶玻璃生产线在晶牛达产达标[N];中国建材报;2005年
4 钟玻;世界最大微晶玻璃基地落成[N];中国矿业报;2003年
5 本报记者 郑千里;微晶玻璃产业化进程备忘录[N];科技日报;2000年
6 逸明;微晶玻璃装饰板“前途无量”[N];中国建设报;2001年
7 海浪;微晶玻璃生产企业:围城内外有甘苦[N];中华建筑报;2002年
8 赵悦;强势企业瞄准微晶玻璃市场[N];中华建筑报;2004年
9 通讯员 吕轩;红色微晶玻璃在阜康研制成功[N];昌吉日报;2008年
10 冯建波;晶牛微晶集团开通世界首家微晶玻璃网[N];经理日报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 龚伟;Q235钢基体表面Y-TZP/LZAS微晶玻璃功能梯度涂层的研究[D];中国工程物理研究院;2015年
2 代文彬;钢渣热态改质的工艺、装备及制备微晶玻璃的研究[D];北京科技大学;2016年
3 杨健;含铬钢渣制备微晶玻璃及一步热处理研究[D];北京科技大学;2016年
4 李巍;稀土与过渡族离子掺杂尖晶石系氧化物微晶玻璃的制备及发光特性[D];福州大学;2014年
5 方再金;透明微晶玻璃以及光纤的制备与光谱转换[D];华南理工大学;2016年
6 吴迪;污泥微波热解及其固体产物制备微晶玻璃的效能与机制[D];哈尔滨工业大学;2015年
7 白智韬;高碳铬铁渣制备微晶玻璃及其性能的基础研究[D];北京科技大学;2017年
8 张芝昆;油页岩复合灰制备微晶玻璃及其固化垃圾焚烧飞灰的研究[D];大连理工大学;2016年
9 白杨;高透性齿科二硅酸锂微晶玻璃的设计与开发[D];中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所);2017年
10 刘银;掺Er~(3+)氟氧化物微晶玻璃析晶和中红外发光特性研究[D];华南理工大学;2017年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 崔光;稀土掺杂Li_2O-ZnO-SiO_2系微晶玻璃的制备及表征[D];长春理工大学;2010年
2 邢瑞平;废石渣白色微晶玻璃的研究[D];山东建筑大学;2015年
3 蒋维;强磁场和双色激发对稀土掺杂微晶玻璃发光性能的影响[D];浙江大学;2015年
4 王家鑫;磷酸盐发光玻璃及微晶玻璃的制备与性能研究[D];桂林电子科技大学;2015年
5 王科鹏;微晶玻璃工件的保形酸蚀工艺研究[D];苏州大学;2015年
6 吴松松;B_4C/LAS和LAS/B_4C复合材料的制备及性能研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
7 付贵珍;纳米晶透明微晶玻璃研究[D];齐鲁工业大学;2015年
8 李延竹;转炉钢渣制备CMAS系微晶玻璃的实验研究[D];贵州大学;2015年
9 王倩;Ce~(3+)/Tb~(3+)掺杂氟氧化物微晶玻璃的光谱性能研究[D];宁波大学;2015年
10 曹月明;低温烧结生物微晶玻璃的研究[D];华北理工大学;2015年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026