Er:ZBLAN玻璃的一光束上转换立体显示的初步研究

本文研究了一光束上转换三维立体显示 ,所用材料为Er:ZBLAN氟化物玻璃 ;利用 96 6nm的连续波半导体激光研究了一光束上转换三维立体显示的尺寸效应 ,且得到了它的上转换发光谱 ;尤其是发现了基于 15 2 0nm的半导体激光激发的多光子上转换一光束三维立体显示的性能有大幅度提高 ,这在国际上还未见报道。

ZBLAN玻璃中Pr^(3+)掺杂离子~3P_0和~1D_2能级的发光特性和寿命

对ZBLAN氟锆酸盐玻璃中Pr3+掺杂离子 3P0 和 1D2 能级的寿命和发光特性进行了较详细的光谱学研究。首先测量了两种掺杂浓度 (质量分数分别为 1×10-3, 5×10-3 )的Pr3+∶ZBLAN玻璃的吸收光谱,然后运用时间分辨激光光谱技术测量了 3P0 和 1D2 能级在激光单光子共振激发下的荧光发射谱和能级寿命。将不同荧光发射谱带的强度和文献报道的Judd Ofelt理论计算辐射跃迁几率数值做了比较分析,证明了文献中理论计算结果的可靠性。由于浓度猝灭效应,在相同的激发条件下,掺杂浓度为 1×10-3样品的荧光发射强度明显大于 5×10-3样品的荧光发射强度。但是从我们的测量结果看,掺杂浓度对 3P0 和 1D2 的能级寿命值无显著影响。掺杂浓度为 1×10-3时,Pr3+离子 3P0 和 1D2 能级的寿命值分别为 46, 322μs。

ZBLAN玻璃中Nd^(3+),Tm^(3+),Yb^(3+)的上转换发光特性

采用高温固相法制备了Nd,Tm和Yb掺杂的ZBLAN玻璃上转换材料。Tm3+,Yb3+的摩尔浓度分别固定为0.01%,0.3%,Nd3+摩尔浓度变化范围为0.1%～2%。在室温下,测试了样品在300～1 000nm间的吸收光谱。在798 nm近红外光激发下,测试了样品的上转换光谱。实验发现,样品在798 nm红外光激发下发出了较强的多波段(红,蓝和绿)的可见光。由上转换可见光各波段的发射谱线,给出了能级跃迁机制。蓝光主要来源于Tm3+的激发态1G4到基态3H6的跃迁,绿光来源于Nd3+的2H7/2到基态4I9/2的跃迁,红光来源于Nd3+的2H11/2到基态4I9/2的跃迁。研究发现,在Nd3+,Tm3+,Yb3+∶ZBLAN玻璃样品中存在激发态吸收,能量转移和交叉弛豫等上转换过程。其发光机理是Nd3+,Tm3+和Yb3+离子之间的能量转移。根据Nd3+摩尔浓度不同其上转换发光强度不同,分析了掺入稀土的浓度对上转换发光效率的影响。当Nd3+浓度为1.5%(摩尔分数)时上转换发光最强,大于1.5%后发光开始减弱。

Tm^(3+)离子在ZBLAN玻璃中的光谱特征

测试了 Tm3+离子在 ZBLAN玻璃中的吸收谱 ,根据 Judd- Ofelt[1]理论计算出了该离子在ZBLAN玻璃中的唯象强度参数 Ω2 ,Ω4,Ω6 ,利用这些数值计算出 Tm3+的辐射跃迁几率 AJJ′、振子强度f JJ′、吸收截面σA、荧光寿命τJ等光谱特征参数 ,并对 ZBL AN玻璃作为有源光纤基质的优点做了讨论 .

Sm^(3+)掺杂ZBLAN玻璃中一种上转换发光现象的分析

对ZBLAN氟化物玻璃中Sm^(3+)离子在脉冲1.06μm激光激发下产生的上转换发光现象(单光子吸收随后发生激发态双光子吸收)进行了详细的计算和分析。

Er^(3+)在ZBLAN玻璃中的光谱参数

根据Judd—Ofelt理论计算了Er^(3+):ZBLAN玻璃中Er^(3+)的实验与理论谱线强度;用最小一乘法拟合实验与理论谱线强度得到三个强度参数C_λ(λ=2、4、6)。然后计算了各激发态自发辐射电偶极跃迁几率及有关能级的磁偶极跃迁几率、辐射寿命和荧光分支比。

E_r^(3+):ZBLAN’G激光介质的上转换泵浦与直接泵浦分析

用速率方程,考虑上转换泵浦和直接泵浦同时存在,对 Er^(3+):ZBLAN′G介质的~4I_(11/12)-~4I_(13/2)跃迁予以近似讨论,得到实现粒子数反转时的泵浦要求,产生激光的时间滞后和得到2.8μm附近激光辐射的条件。

ErYb:ZBLAN非晶中Er^(3+)离子的光谱参数计算

由测量的ErYb :ZBLAN非晶的吸收光谱 ,计算了Er3 + 在ErYb :ZBLAN非晶中的强度参量Ωλ.并由此计算了激光能级的振子强度、自发辐射跃迁速率、荧光分支比和积分发射截面 .

Tm^(3+)掺ZBLAN玻璃的吸收与发光特性

测量了Tm3+掺ZBLAN玻璃的吸收谱,确定了Tm3+离子在ZBLAN玻璃中的部分能级位置．测量了266nm紫外激光激发1I6能级的荧光光谱．利用463nm激光激发1G4能级,发现340-370nm上转换荧光带,峰值波长347和362nm,分别对应于1I6-3F4和1D2-3H6跃迁．并根据Judd-Ofelt理论计算了强度参数Ωλ(λ=2,4,6),给出了Tm3+离子在ZBLAN中的振子强度．

基于Fe2+:ZnSe微米粉末嵌入ZBLAN玻璃的4.32μm中红外随机激光

在室温下制备了基于Fe^2+:ZnSe微米粉末嵌入ZBLAN(ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF)玻璃的中红外随机激光器,随机激光的中心波长约为4.32μm。Fe^2+:ZnSe微米粉末的平均晶粒尺寸为3.54μm,XRD结果表明Fe^2+:ZnSe微米粉末为立方闪锌矿结构。在2.94μm纳秒脉冲激光泵浦下,随机激光的阈值为557.89mJ/cm^2。随着泵浦能量的增加,随机激光多纵模的特点也随之出现。泵浦能量超过阈值后,随机激光的光谱线宽为10nm,脉冲宽度为50ns。这项工作为获得稳定的中红外激光源提供了一种简单而经济的方法,将粉末嵌入固体基质中可以对粉末起到稳定的作用,这种方法在制备中红外光子器件和光纤激光器上具有潜在前景。

氟氧化物氟化物五磷酸盐玻璃中Er^(3+)的直接上转换增敏发光的比较

本文研究了ErYb共掺的氟氧化物玻璃 (ErYb:FOG)、氟化物ZBLAN玻璃和五磷酸盐非晶在 966nm半导体激光激发下的直接上转换敏化发光现象。发现有丰富的上转换发光现象 ,这是由于样品中Yb3 + 的浓度很高 ,Er3 + Yb3 + ,Yb3 + Yb3 + 离子之间的相互作用和能量传递作用都很强造成的。研究发现ErYb :FOG玻璃的直接上转换增敏发光比磷酸盐大 1 0 0～ 1 0 0 0 0 0倍 ;而很有趣的结果在于氟氧化物玻璃的直接上转换增敏发光与ZBLAN玻璃接近 ;这对于提高频率上转换的综合性能是很有意义的。

几种微光学陀螺的研究进展

除了以硅为基的微光学陀螺外,国内外提出了研究新型微光学陀螺的多种方案,文中介绍了利用耦合共振慢光波导的微光学陀螺,以ZBLAN氟锆酸盐波导为基的微光学陀螺,重点介绍了基于光子晶体波导的微光学陀螺,并且指出了微光学陀螺的发展趋势。

Tm_(0.03)Yb_(0.18)La_(0.79)P_5O_(14)和Tm(0.1)Yb(3):ZBLAN玻璃的上转换敏化蓝色发光

报道了Ｔｍ０．０３Ｙｂ０．１８Ｌａ０．７９Ｐ５Ｏ１４玻璃和Ｔｍ（０．１）Ｙｂ（３）ＺＢＬＡＮ玻璃中Ｔｍ３＋离子１Ｇ４能级的直接上转换敏化发光和间接上转换敏化发光并进行了初步的比较研究，发现在间接上转换敏化的情况下，五磷酸盐中Ｔｍ３＋离子的上转换发光极大地增强，达到与ＺＢＬＡＮ玻璃可比的水平。

798nm半导体激光激发下Yb^(3+),Tm^(3+):ZBLAN玻璃的上转换发光

在用７９８ｎｍ半导体激光直接激发Ｔｍ３＋离子至３Ｆ４能级时，Ｔｍ３＋和Ｙｂ３＋共掺的锆系氟化物（Ｔｍ３＋，Ｙｂ３＋ＺＢＬＡＮ）玻璃中观测到了较强的上转换蓝光。分析了发光机理：Ｔｍ３＋离子把能量传递给Ｙｂ３＋离子，被激发的Ｙｂ３＋离子又把能量传递给Ｔｍ３＋离子，从而把Ｔｍ３＋激发至发射蓝光的能级１Ｇ４和１Ｄ２。

Pr,Yb:ZBLAN上转换发光过程中的能量传递

详细地研究了Ｐｒ３＋，Ｙｂ３＋ＺＢＬＡＮ玻璃中Ｐｒ３＋和Ｙｂ３＋离子之间的能量传递过程、及能量传递对上转换发光的影响。实验结果表明，在９６０ｎｍ激光泵浦下Ｙｂ３＋通过Ｙｂ３＋—Ｐｒ３＋之间的交叉弛豫向Ｐｒ３＋传递能量。具体的能量传递形式有三种。Ｙｂ３＋作为敏化剂可提高Ｐｒ３＋的上转换发光强度。从Ｐｒ３＋向Ｙｂ３＋的反向能量传递过程也是存在的，具体的过程和Ｐｒ３＋向Ｙｂ３＋传递的相反。Ｐｒ３＋—Ｙｂ３＋的能量传递导致Ｐｒ３＋发光的淬灭，使Ｐｒ３＋上转换发光随着Ｙｂ３＋浓度增加出现饱和。和３Ｐ０能级相比较。

(Er^(3+),Yb^(3+))共掺ZBLAN玻璃的一种新颖的类雪崩上转换发光现象

研究了Er3+ vZBLAN 和(Yb3+ , Er3+ )vZBLAN玻璃在966 nm 半导体激光激发下的上转换发光现象, 发现在(Yb3+ , Er3+ )vZBLAN 玻璃样品上存在由Er3+ 离子间交叉弛豫导致的上转换发光随激光功率二次攀升的类雪崩上转换发光现象; 并且由稳态速率方程的数值计算得出与实验测量相吻合的结果: 当Er3+ 离子间的交叉弛豫P很小时, 上转换发光是随抽运激光功率的增强而逐渐趋向饱和的; 当P 较大时, (Yb3+ , Er3+ vZBLAN 玻璃由于Yb3+ 和Er3+ 离子间的交叉能量传递速率很大, 致使Er3+ 离子的上转换激发速率R很大, 造成上转换发光在达到饱和之前出现一个陡升, 这就是实验观察到的由类雪崩效应导致的上转换发光随激光功率二次攀升的现象。

ZBLAN:Pr,Yb中双频上转换实验研究

本文对Pr^(3+)离子双频上转换发光进行了研究.实验中选用Pr^(3+)和Yb^(3+):ZBLAN玻璃作为频率上转换发光材料;分析了上转换发光强度和离子掺杂浓度的关系。

Pr^(3+)/Yb^(3+)共掺ZBLAN玻璃吸收与发光特性的研究

制备了几种掺杂不同Ｐｒ３＋／Ｙｂ３＋浓度的ＺＢＬＡＮ玻璃，测定了玻璃的吸收光谱。由Ｊｕｄｄ－Ｏｆｅｌｔ理论研究了不同浓度的玻璃的发光性质，并研究了Ｐｒ３＋与Ｙｂ３＋的能量交换速率。结果表明，Ｙｂ３＋的引入增强了Ｐｒ３＋的泵浦，起到了很好的敏化作用。

温度对Er^(3+)掺杂ZBLAN透明玻璃斯塔克能级跃迁的影响

采用熔融淬火法制备了Er3+掺杂53ZrF4-20BaF2-4LaF3-3AlF3-20NaF-2.4PbF2(ZBLAN)氟化物透明玻璃。在10K^540K温度范围内,测量了对应于Er3+斯塔克分裂能级4S3/2(1)→4I15/2和4S3/2(2)→4I15/2(对应波长分别为542nm和548nm)的变温荧光光谱,结果显示环境温度升高时,样品在两个发射位置的发光强度均快速衰减,但是衰减速率有所差异,结合位形坐标模型讨论认为,两斯塔克能级的激活能分别为!E1=0.078eV和!E2=0.049eV,其差异导致了二者热猝灭速率不同。分析了斯塔克分裂能级跃迁的荧光强度比(FIR)随温度的变化规律,结果显示在低温区域FIR随温度呈现线性增加,而高温区则趋于平缓。计算了样品的温度灵敏度随温度的变化,结果表明,在温度90K时,灵敏度达到最大为0.0011K-1。该材料对环境温度敏感性可应用于光学温度传感器。

一种带葡萄柚空气孔的高双折射ZrF_4-BaF_2-LaF_3-AlF_3-NaF光子准晶光纤

提出了一种具有二重对称性的ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF(ZBLAN)氟化物玻璃基的光子准晶光纤.光纤结构是以ZBLAN氟化物玻璃为背景材料,外包层由圆形空气孔以正方形与正三角形分布组成的基本单元构成,在芯区两侧引入两个对称的葡萄柚空气孔,以增加光纤的双折射.应用全矢量有限元法,研究了光纤的双折射和限制损耗特性与结构参数的关系.通过优化光纤结构参数,在1800—2200 nm的波长范围内获得了具有单模传输特性的高双折射光纤,其模式双折射高达10-2,比普通保偏光纤高出两个数量级,与目前报道的采用椭圆空气孔微结构光纤获得的高双折射具有同样的量级.但与具有椭圆空气孔微结构光纤相比,提出的光纤结构更易于制作.研究结果为开辟2μm波段光器件的研究做出了有益的探索.