SiO_2-PbF_2玻璃的近中红外宽波段发光及上转换白光

【摘要】：玻璃发光材料的应用已经渗入到人们生活的各个领域,特别是其在光纤通讯、医疗检测、固体激光等领域的应用研究一直是科学前沿研究热点与重点。稀土掺杂发光玻璃在上个世纪中期就开始应用于固体激光与光纤放大,但是以往的固体激光器和光纤放大器用稀土掺杂发光玻璃发光波段窄、单一且不连续,使得激光器只能应用在某个固定波段的输出,限制了其在光通讯领域的应用,这就要求制备宽波段可调谐激光玻璃材料。本文通过在Si02-PbF2玻璃中采用稀土离子Nd3+、Ho3+、Er3+、Tm3+和Yb3+双掺和多掺的方式,制备了近中红外发光及近中红外宽波段发光玻璃,拓宽了近红外发射光谱,同时弥补了波段的缺失问题。另外,上转换白光广泛应用于固态彩色三维显示和白光LED光源等领域,稀土离子掺杂的Si02-PbF2玻璃除了能够实现近中红外发光外,还可以通过合理掺杂实现上转换白光。本文的主要研究内容如下:(1)制备了不同稀土离子掺杂的Si02-PbF2玻璃,根据DSC曲线分析了Si02-PbF2玻璃的成玻性能。在980 nm激光器激发下,系统的分析了 Yb3+/Tm3+、Yb3+/H03+、Yb3+/Er3+共掺玻璃体系的近中红外发光特征。通过Judd-Ofeld理论计算,Tm3+、Ho3+、Er3+子在 1800nm 处、2000nm 和 2850nm、1530nm 和 2720 nm 处的吸收/发射截面分别达到 0.5044X 10-20 cm2/0.33550× 10-20 cm2、0.5067X10-20 cm2/0.6327X 10-20 cm2和 0.4650X 10-20 cm2/0.4392× 10-20 cm2、0.5832X 10-20 cm2/0.714×10-20cm29和 1.3274X 10-20cm2/1.1670×10-20cm2,说明我们制备的此类玻璃材料能够作为近中红外激光与放大材料。(2)在Si02-PbF2玻璃中引入多种稀土离子,特别是借助Nd3+离子在1350nm波段处的发光,在980 nm和808 nm激光器组成双光源系统同时激发下实现了近中红外1250 nm-2100nm宽波段覆盖。在单层玻璃的基础上为了减少多掺过程中的发光淬灭,制备了多掺杂双层玻璃,在980 nm和808 nm激光器同时激发下,实现了近中红外1250 nm-2100 nm宽波段的覆盖,并为发光强度的调控提供了基础。(3)制备了 Yb3+、Tm3+、Ho3+、Er3+稀土离子共掺杂的可见光发光Si02-PbF2玻璃。通过改变稀土离子掺杂的浓度和激光器激发功率,发现该体系的白光发射色温可在白光区进行有效调控,其发光随着激光器功率的变化从黄光区经过白光区到蓝光区实现了近连续的可调特征。