鉺、鐿摻雜硼硅酸鹽玻璃的光學(xué)特性.pdf

1、摻Er玻璃是目前激光材料領(lǐng)域中的研究熱點之一，其在1.53μm處的發(fā)光對光纖通信領(lǐng)域內(nèi)的光放大應(yīng)用具有重要意義。目前，隨著器件小型化的發(fā)展趨勢，一方面，對玻璃中的摻Er濃度提出了更高的要求；另一方面，由于Yb3+離子卓越的敏化性能，對Er/Yb共摻玻璃的研究也越來越深入。因此，研究不同體系玻璃中Er單摻、Er/Yb共摻系統(tǒng)的光學(xué)特性對推動Er摻雜激光器、放大器材料的發(fā)展具有非常重要的應(yīng)用價值。 本文采用固相反應(yīng)方法，制備了不同摻

2、雜濃度的摻Er、摻Y(jié)b和Er/Yb共摻硼硅酸鹽激光玻璃及氟化物玻璃陶瓷。通過對吸收光譜、光致熒光光譜以及熒光壽命的測量，計算了摻雜離子在硼硅酸鹽中的吸收截面和發(fā)射截面，分析了濃度淬滅、能量合作上轉(zhuǎn)換等因素對光致熒光特性的影響。并利用Judd-Ofelt理論對Er離子在硼硅酸鹽中的Judd-Ofelt系數(shù)、自發(fā)輻射壽命等參數(shù)進行了計算，并與實測得到的熒光壽命進行了對比。 對于Er單摻硼硅酸鹽玻璃，本文系統(tǒng)的比較了摻Er濃度對Er離

3、子熒光壽命的影響，給出了摻Er濃度和Er3+離子能級壽命對熒光強度的影響，觀察到了摻Er濃度的提高對熒光光譜的展寬作用，并對Er3+離子自吸收對光致熒光峰形和強度的影響進行了測量和估算。本文還在吸收光譜的基礎(chǔ)上，計算了Er3+的吸收截面和發(fā)射截面，能級的自發(fā)輻射壽命等參數(shù)，并給出了不同摻雜濃度下Er3+的光致熒光效率。為了探討摻Y(jié)對高濃度Er3+離子在硼硅酸鹽玻璃中分布的彌散作用，本文還研究了摻Y(jié)對Er3+熒光壽命的影響。此外，為了討論

4、基質(zhì)的聲子能量對Er3+離子熒光特性的影響，本文還對摻Er氟化物玻璃陶瓷的上轉(zhuǎn)換熒光進行了分析，并給出了各波長上轉(zhuǎn)換熒光的能級躍遷過程。 為了研究Yb3+離子在硼硅酸鹽中的熒光特性，向Er/Yb共摻激光玻璃的研制提供Yb3+的相關(guān)數(shù)據(jù)，本文制備了不同摻雜濃度的摻Y(jié)b硼硅酸鹽，給出了硼硅酸鹽玻璃中的Yb3+離子的吸收截面和受激發(fā)射截面以及能級壽命等基本參數(shù)，并研究了Yb3+離子團簇的上轉(zhuǎn)換熒光發(fā)射。 對于Er/Yb共摻硼硅

5、酸鹽玻璃光學(xué)特性的研究，在吸收光譜的基礎(chǔ)上，利用Judd-Ofelt理論對Er3+的光譜參數(shù)的進行了計算，將Er3+離子4I13/2能級的熒光壽命與自發(fā)輻射壽命受摻Y(jié)b濃度的影響進行了比較。并在對Er3+離子上轉(zhuǎn)換熒光研究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地研究了Yb摻雜濃度對Er3+離子光致熒光的影響。同時，本文還對摻入Yb對Er3+的光譜展寬作用進行了討論。 通過上述的實驗和測量，獲得了包括Er3+、Yb3+離子數(shù)密度、吸收截面、發(fā)射截面、以及

6、能級壽命等在內(nèi)的第一手實驗數(shù)據(jù)，在這些基本數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立了摻Er和Er/Yb共摻系統(tǒng)的粒子速率模型，對實驗得到的結(jié)果進行能量傳遞過程的模擬。模型考慮了Er3+的基態(tài)吸收、激發(fā)態(tài)吸收，以及Er3+離子之間和Er3+、Yb3+離子之間的合作上轉(zhuǎn)換等能量傳遞方式。通過模型的建立，深入討論了Er的光致熒光強度受摻雜濃度以及泵浦功率等因素的影響。這使筆者對摻Er、Er/Yb共摻激光玻璃的光致熒光以及上轉(zhuǎn)換熒光過程有了更深一步、更本質(zhì)的理解。