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稀土离子掺杂聚合物光谱性能的研究

孙婷  
【摘要】:稀土离子掺杂聚合物具有掺杂浓度高、荧光强度高、荧光寿命长等优点,不仅可用来制作光波导、光纤放大器与光纤激光器,而且在光纤陀螺及其他光纤探测器件等领域也有广泛的应用前景。因此,本工作主要研究稀土离子掺杂聚合物的光谱特性。 本文首先对两种计算稀土离子光谱参数的Judd-Ofelt理论和Werts-Jukes理论进行了详细的分析,并结合本研究的要求,选用Werts-Jukes理论对稀土离子的光谱参数进行了计算。 其次,依据稀土离子与有机配体的能级匹配原则以及稀土配合物与聚合单体的相溶性等原则,我们选择HFA、TTFA和DBM作为稀土离子Eu~(3+)和Sm~(3+)的配体合成了相应的二元配合物[Eu(HFA)_3、Eu(TTFA)_3、Eu(DBM)_3和Sm(HFA)_3、Sm(TTFA)_3、Sm(DBM)_3],并对它们的荧光性能进行了研究。实验表明,TTFA是Eu~(3+)(614nm)及Sm~(3+)(645nm)荧光的优良配体。在此基础上,选用Eu(TTFA)_3、Sm(TTFA)_3作为掺杂剂,制备得到了稀土配合物掺杂的聚合物(PMMA),来研究稀土离子在PMMA中的荧光性能。研究发现,荧光强度、荧光寿命和量子产率均随掺杂浓度(0.04~0.5wt.%)的增加而增大。 此外,我们制备了Eu(TTFA)_3和Sm(TTFA)_3共掺的PMMA,首次发现Sm~(3+)对Eu~(3+)有明显的荧光敏化效应,由荧光光谱可知,共掺Eu(TTFA)_3和Sm(TTFA)_3聚合物的荧光强度远大于单掺Eu(TTFA)_3时的荧光强度(高出10~20倍),并对其敏化过程进行了深入地理论分析,提出了两种可能的敏化机理。 最后,对聚合物光纤预制棒的制备工艺进行了探索性的研究,分析了非掺杂光纤预制棒和掺杂光纤预制棒制备工艺的差别,为进一步制备性能更好的稀土离子掺杂的聚合物光纤预制棒提供了参考依据。 本研究制备的Eu~(3+)与Sm~(3+)共掺杂聚合物,其荧光强度远大于单掺Eu(TTFA)_3时的荧光强度。本研究成果有望为光波导、光纤激光器与光纤放大器提供光谱性能良好的工作基质,为光纤陀螺以及其它光纤探测器件提供超荧光光源。


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