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中红外碲酸盐激光玻璃中稀土离子的光学跃迁与能量传递研究

仲海洋  
【摘要】:中红外激光光源在交通运输、载运工具、航运、医学、军事、环境等领域有着广泛的应用前景,尤其在船舶导航、避碰、通讯、遥感以及反雷达等方面也极具潜在的应用价值,这激发了研究者进行相关研究的动力。在目前实现中红外激光的四个主要途径中,红外半导体激光泵浦的稀土离子掺杂的晶体和光纤激光器倍受青睐,这其中的Er3+掺杂中红外材料和器件研究更是国际关注的热点。 本文针对目前Er3+中红外激光材料存在的问题,提出采用碲酸盐玻璃作为基质材料,引入Nd3+既作为敏化剂又为Er3+的4I13/2能级的猝火中心,期望获得高性能的中红外发射材料。主要取得如下结果: (1)设计制备了一种组分为70TeO2-(10-x)PbF2-10AlF3-10BaF2-xRE2O3(RE= Eu、Nd和Er中的一种或两种)的碲酸盐玻璃材料。研究发现该玻璃的声子能量较小,约为700 cm-1 (2)采用Judd-Ofelt理论计算Nd3+在该玻璃中的光学跃迁性质,获得光学跃迁强度参数Ω2、Ω4、Ω6。计算了Nd3+部分激发态能级跃迁的理论振子强度、辐射跃迁速率、跃迁分支比及辐射跃迁寿命。根据Fuchtbauer-Ladenburg理论计算得到Nd3+的1.06μm荧光的发射截面及4I11/2→4F3/2跃迁的激发态吸收截面。并对1.06μm激光增益特性进行了评价,认为Nd3+掺杂的碲酸盐是优良的红外发射激光材料。 (3)研究了所设计的Er3+单掺杂的碲酸盐玻璃材料的光学跃迁性质、上转换蓝、绿和红色发射性质及机理,以及1.5μm下转换发光性质。计算了该单掺杂样品的光学跃迁强度参数Ω2、Ω4、Ω6。计算获得了Er3+的2H11/2以下各能级光学跃迁性质。结果表明该材料可能是一种潜在的上转换及下转换激光材料。 (4)通过光谱测量研究了Nd3+/Er3+共掺杂碲酸盐玻璃样品的上转换发光和下转换红外和中红外发光,发现Nd3+的引入有效地猝灭了Er3+的上转换发光和红外发光,有效地增强了中红外发光,并对此原因进行了分析。


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