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稀土掺杂GeSe_2-Ga_2Se_3-CsI玻璃光谱性质研究

黄健  
【摘要】: 伴随着信息时代的到来,光纤通信发展迅猛,光纤放大器的研究和发展又进一步扩大了增益带宽,将光纤通信系统推向了超高速率、超大容量、超长距离方向发展。由于光纤放大器的独特性能,在DWDM传输系统、光纤CATV和光纤接入网中有着广泛的应用。 传统的掺铒光纤放大器放大带宽只有35nm左右,仅仅覆盖了光纤低损耗窗口中的一小部带宽,而新一代T bit/s DWDM光网络传输系统的实现,需要,光纤放大器在1292~1660nm波长范围内获得300nm以上超宽带,因而寻找新型光纤放大器基质材料和掺杂方案成为研究热点。本文通过密度测试,差热分析,光谱分析等方法研究了GeSe_2-Ga_2Se_3-CsI硫系玻璃制备及热学、光学性能,并重点对铒,镱,镝离子掺杂下的1.55μm及1.3μm荧光能做了分析。 论文首先介绍了稀土发光玻璃材料的研究进展,归纳了硫系玻璃基质的种类、特点及制备工艺,详细阐述硫系玻璃基质及铒、镝离子掺杂硫系玻璃作为光纤放大器基质的研究进展,然后提出了本文的研究内容和研究思路。 论文第二章主要介绍了本文会涉及到的一些理论基础,其中包括硫系玻璃的结构理论、Judd-Ofelt理论、McCumber理论以及能量传递理论。 论文第三章主要介绍了硫系玻璃的实验方法,包括玻璃制备和样品光学、热学性能的测试。通过大量的实验,最终选定了GeSe_2-Ga_2Se_3-CsI准三元系统,在其中选定了一系列组分作为稀土掺杂的基质玻璃,并对其性能进行了测试。 论文第四章,制备了系列Dy~(3+)掺杂的GeSe_2-Ga_2Se_3-CsI玻璃,测试了其吸收光谱,并应用Judd-Ofelt理论计算了光谱强度参数。在808nm激光泵浦下测量了1.3μm荧光光谱,并分别对荧光强度随组分和Dy~(3+)离子浓度的变化而发生的变化进行了分析研究,发现当组分为62.5GeSe_(2-12.5)Ga_2Se_(3-25)CsI,即CsI与Ga含量相当时,出现最强的1.3μm荧光(Dy~(3+):6F11/2(6H9/2)→6H15/2),当Dy~(3+)离子浓度为358 ppm时,荧光半高宽达到了99 nm,其荧光中心在1331 nm。 论文第五章,制备了Er~(3+)单掺和Er~(3+)/Yb~(3+)共掺的62.5GeSe_(2-12.5)Ga_2Se_(3-25)CsI玻璃。测试了其吸收光谱,并应用Judd-Ofelt理论计算了光谱强度参数。计算得到Er~(3+)离子在GGSEr3玻璃中的强度参数Ω_2为7.11×10~(-20)cm~2,Ω_4为2.33×10~(-20)cm~2,Ω_6为1.09×10~(-20)cm~2,与国外其它硫系玻璃基质中掺杂铒离子报道的强度参数值相近。Yb~(3+)在980泵浦波长附近有很宽得吸收带能对Er~(3+)发光进行有效敏化,研究结果表明,Er~(3+)/Yb~(3+)共掺62.5GeSe_(2-12.5)Ga_2Se_(3-25)CsI玻璃的最佳掺杂浓度比为1:1。由于掺杂浓度较低,该玻璃系统1.55μm处荧光仍然比较弱,更高的掺杂方案还有待探索。 最后是本文的结论部分,概括总结了全文的实验研究结果,指出GeSe_2-Ga_2Se_3-CsI是极佳的潜在光纤放大器基质材料,同时指出了存在的不足及需要补充引进之处。


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