超宽带发光铋掺杂玻璃及光纤的研究进展(特邀)

自诺贝尔奖获得者高锟提出可用玻璃光纤代替传统电缆传输线,利用光波导传输光信号的方法来实现信息传输以来,人们就一直致力于优化现有光纤的性能和探索新的光纤激光介质材料。目前,用于光通信系统的光纤激光器和光放大器的增益光纤多见于稀土离子掺杂玻璃光纤,然而稀土离子固有的f-f跃迁导致较窄的传输带宽已经无法满足日益剧增的网络数据传输需求。铋(Bi)离子是继过渡金属离子、稀土离子后的第三类激活离子,是激光材料领域发展的新方向。目前,Bi掺杂玻璃光纤已经在1150~1550 nm和1600~1800 nm范围内实现了激光输出和光信号放大。这充分说明了Bi掺杂玻璃光纤有望解决现有数据传输能力不足的问题,成为新一代光纤激光器和放大器的增益材料。因此,文中主要介绍Bi掺杂玻璃和光纤的研究进展,分析Bi掺杂玻璃及光纤材料目前存在的问题,并展望了未来的研究方向。

用近简并三波混频研究半导体掺杂玻璃的非谐振三阶非线性

用近简并三波混频实验方法对半导体ＣｄＳ＿（０．４）Ｓｅ＿（０．６）掺杂玻璃在非谐振透明区的三阶光学非线性进行了研究．该实验消除了由于双光子吸收光生载流子的非线性折射产生的五阶非线性效应，仅获得速度快的三阶光学非线性响应。研究结果表明，在非谐振透明区，ＣｄＳ＿（０．４）Ｓｅ＿（０．６）掺杂玻璃的三阶非线性极化率并不比它的基底玻璃大很多．量子尺寸效应没有有意义地提高掺杂玻璃中ＣｄＳ＿（０．４）Ｓｅ＿（０．６）微晶的三阶非线性极化率，即使较小激子吸收峰的出现也没有发现明显的变化。

XPS研究吖啶橙掺杂玻璃

采用低温熔融法制备了磷酸盐基质玻璃及掺杂有机染料吖啶橙的有机／无机玻璃复合材料。用ｘ－射线光电子能谱（ＸＰＳ）测试研究了两类玻璃的结构特性。Ｆ＿（Ｉｓ）的ＸＰＳ谱为双峰，说明玻璃中的Ｆ以两种键合状态存在。高能峰在６８７．０～６８７．２ｅｖ，属于Ｐ－Ｆ键；低能峰位于６８４．６～６８４．７ｅｖ，属于Ｍ－Ｆ键（Ｍ＝Ｓｎ￣２＋和或Ｐｂ￣２＋）。Ｏ＿ｉｓ谱给出了桥氧（ＢＯ）和非桥氧（ＮＢＯ）的相对含量。有机染料吖啶橙掺杂到基质玻璃中后，Ｆ＿（Ｉｓ）谱中Ｐ－Ｆ键的相对含量增加。

铋掺杂玻璃材料近红外荧光特性的研究进展

铋离子是继过渡金属离子和稀土离子之后,发现的第三类近红外波段激活离子,在先进的光学通讯、医学和天文学等方面有极大的应用潜力。铋离子掺杂玻璃的近红外荧光性能与发光机理是近年来研究的热点之一,本文综述了铋掺杂玻璃材料近红外荧光的研究进展,主要包括玻璃氧化物组成和制备工艺对玻璃近红外荧光性能的影响,以及影响性能机理的推测;并展望了铋掺杂玻璃材料的研究方向。

半导体微晶掺杂玻璃的制备方法及其二阶非线性光学性能探讨

在外部电场诱导下,半导体微晶掺杂玻璃具有与玻璃和晶体所不同的优良的光学性能。概述了几种半导体微晶掺杂玻璃的制备方法,分析了其掺杂机理,并由此讨论了采用这些方法制备的半导体微晶掺杂玻璃的二阶非线性光学性能。

用VB(Visual Basic)实现稀土掺杂玻璃Judd-Ofelt(J-O)理论计算

介绍了在 Windows95以上环境条件下 ,应用 VB编程实现稀土掺杂玻璃中光谱性质Judd- Ofelt(J- O)理论计算 ,为这一领域的研究者们提供方便、实用的应用程序 .

Ⅱ-Ⅵ族量子点掺杂玻璃的光学性质及研究进展

由于量子限域效应,尺寸可调的Ⅱ-Ⅵ族量子点掺杂玻璃在光学滤波片、非线性光学器件上的应用已经被广泛研究。玻璃中量子点的光学性质主要由量子点的尺寸、表面状态和周围基质环境决定,通过提高Se/Cd比可以有效地对量子点的表面缺陷进行钝化,实现CdSe量子点的本征发光;进一步调整热处理制度可以促进Zn离子扩散进入CdSe量子点表面,形成CdSe/Cd_(1-x)Zn_xSe核壳结构,使得缺陷发光几乎完全猝灭,从而提高量子点的荧光量子效率;在玻璃中原位合成的CdS/ZnS核壳结构量子点的荧光量子效率可达到53%。随着基础研究中玻璃中Ⅱ-Ⅵ族量子点荧光效率的不断提高,发光二极管(LED)等小型发光器件的制造成为可能。为了满足实际需要,建立核壳结构中量子点表面钝化机理模型,进一步优化量子点荧光效率是下一步需要解决的问题。

Cd_xHg_（1－x）Te／SiO_2固溶体微晶掺杂玻璃三阶非线性光学性质的

本文首次报道了对采用溶胶凝胶和原位生长工艺制备的Ｃｄ_ｘＨｇ_(１－ｘ)Ｔｅ／ＳｉＯ_２固溶体微品掺杂玻璃进行的三阶非线性光学性质实验研究及其结果。利用回返式简并四波混频技术，测得该固溶体掺杂玻璃的三阶非线性极化率的值为１０￣（－１２）ｅｓｕ量级。此结果比纯ＳｉＯ_２基体提高了２个数量级。表明该固溶体掺杂玻璃三阶非线性明显增强，在同样条件下，测得ＣＳ_２的三阶非线性极化率ｘ（３）为（１．７±０．２）×１０￣(－１２)ｅｓｕ，与国际上报道完全一致。

CdS_xSe_（1－x）半导体微晶掺杂玻璃在抗共振环APM激光器中不能压窄脉

本文对具有较大非线性系数，较快非线性响应和回复时间的ＣｄＳ＿ｘＳｅ＿（１－ｘ）半导体微晶掺杂玻璃能否在挽共振环（亦称为非谐振环）ＡＰＭ激光器中有效地压缩脉宽等问题做了详尽的理论与实验的切耐与分析。理论计算与实验研究的结果均表明：在抗共振环ＡＰＭ激光器中，应用ＣｄＳ＿ｘＳｅ＿（１－ｘ）半导体微晶掺杂玻璃不能使超短光脉冲宽度被压窄．

LiFePO4-SDBS薄膜/锡掺杂玻璃光波导传感元件的制备及其对有机挥发性气体的气敏性

以FeSO4·7H2O、LiOH·H2O、H3PO4作为原料合成LiFePO4粉末，将十二烷基苯磺酸钠（SDBS）作为分散剂，配制LiFePO4-SDBS分散溶液，利用旋转甩涂法在锡掺杂玻璃光波导表面上制备成LiFePO4-SDBS敏感薄膜,并对其气敏性进行检测。探讨了分散剂浓度，分散时间和温度对LiFePO4-SDBS薄膜/锡掺杂玻璃光波导元件气敏性的影响。研究结果表明,超声波振荡时间为2 h,分散剂浓度为1％，分散温度为35℃下制备的LiFePO4-SDBS薄膜/锡掺杂玻璃光波导元件显出良好的气敏性。

量子限半导体掺杂玻璃的非线性光学性质

成功地制备了微晶平均直径在10～45量子限 CdS_xSe_(1-x)半导体掺杂非线性光学玻璃。透射电镜观察了微晶结构及形貌特征。用四波混频技术测得玻璃的三阶非线性极化率 x^(3)=1×10^(-3)esu、非线性响应时间为35psec。研究了半导体掺杂玻璃光致载流子三维量子限效应、亚带结构、微晶尺寸,以及与带隙能之间的关系。从理论上分析了微晶尺寸、微晶体积占有率与三阶非线性极化率 x^(3)之间的关系。

GaInNAs半导体盘形激光器作为Tm^(3+)(Ho^(3+))掺杂玻璃、晶体和纤维激光器的泵浦源

本文报道了首次应用半导体盘形激光器(SDL)在~2μm发光的Tm3+(Ho3+)掺杂介质激光器中作为泵浦源。~1213nm GaInNAs/GaAsSDL可产生功率>1W的连续波(CW)输出,最大功率转换净斜率效率为18.5%,全宽度半峰值波长调节范围~24nm。在1213nm SDL泵浦下,无约束运行的Tm3+掺杂亚碲酸盐玻璃激光器可产生60mW的功率输出,斜率效率为22.4%。波长可调节输出也可在1845~2043nm范围内获得。将Tm3+掺杂玻璃改为Tm3+掺杂KYW工作物质,可达到~200mW输出功率和~35%斜率效率的改进性能。还报道了Tm3+、Ho3+共掺杂亚碲酸盐玻璃激光器发射,最大输出功率~12mW,斜率效率~7%。最后对1213nm泵浦的Tm3+、Ho3+共掺杂石英纤维激光器进行了初步研究,得到36mW的输出功率,斜率效率~19.3%。

三维立体显示用稀土掺杂氧卤碲酸盐玻璃

制备了一种新的Er3+/Tm3+/Yb3+共掺氧卤碲酸盐玻璃。研究了基质玻璃的热稳定性能、Raman光谱和上转换发光。发现:氧卤碲酸盐玻璃具有好的热稳定性能和低的声子能量,在980nmLD激发下,可同时观察到明显的蓝色(476nm)、绿色(530nm和545nm)和红色(656nm)上转换发光。上转换蓝光(476nm)是由于Tm3+离子1G4→3H6跃迁,上转换的绿光(530nm和545nm)是由于Er3+离子2H11/2→4I15/2和4S3/2→4I15/2跃迁,上转换红光(656nm)是由于Er3+离子4F9/2→4I15/2跃迁。

硫化锑微晶掺杂硅凝胶玻璃及其薄膜的制备与光谱性质

采用溶胶－凝胶法成功地制备出Ｓｂ２Ｓ３微晶掺杂硅凝胶玻璃及其薄膜．通过Ｘ射线粉末衍射（ＸＲＤ）和高分辨透射电镜（ＨＲＴＥＭ）分析观察到，正交晶系的Ｓｂ２Ｓ３纳米微晶均匀分布于玻璃基质中；由薄膜的室温透射光谱发现，随着热处理温度的提高和时间的延长，该薄膜的特征透射谱谷逐渐向长波方向移动（红移），表现出明显的量子尺寸效应．

具有可见光活性Si掺杂TiO2负载玻璃纤维的制备与表征

以钛酸丁酯为钛源、正硅酸乙酯为硅源,以玻璃纤维(Glass fiber,GF)为载体,采用溶胶-凝胶法,制备了具有可见光活性的Si掺杂TiO2负载玻璃纤维负载型光催化剂(Si-TiO2/GF)。利用热分析、扫描电镜、紫外-可见漫反射吸收光谱、红外吸收光谱等手段研究了不同Si掺杂量对TiO2微观结构和Si-TiO2/GF负载稳定性及光催化性能的影响。研究结果表明,在Si掺杂样品中有Ti-O-Si键的存在,Si掺杂能有效地提高TiO2在GF表面的负载稳定性,且扩展了样品的可见光吸收性能。当Si掺杂比例为5%时,Si-TiO2/GF在可见光条件下对亚甲基蓝的光催化效果比P25明显提高。

半导体微晶掺杂玻璃的电致二阶非线性光学效应

报道了若干半导体微晶掺杂玻璃的电致二阶非线性光学效应的一些实验结果。

铋掺杂玻璃的红外发光机理和宽带光放大

铋掺杂玻璃具有宽带红外发光特性，有望应用于宽带光纤放大器和超短脉冲激光等领域，近几年来受钊了人们的关注.迄今为止，已用铋离子掺杂玻璃实现了第二个光通讯窗口（1．3μm）的光放大和激光输出，及同时覆盖第二和第三（1．55μm）光通讯窗口的超宽带光放大。铋离子掺杂玻璃红外发光的研究从材料学的角度考虑，目前还有待解决的重要问题可归纳为以下两个方面：1）红外发光的起源；2）发光性能的进一步提高.

SnO_2微晶掺杂SiO_2玻璃薄膜的制备及光谱性质的研究

采用溶胶 -凝胶法成功地制备出SnO2 微晶掺杂SiO2 玻璃薄膜。通过X射线粉末衍射和晶胞常数计算确认了SnO2 纳米微晶均匀分布于玻璃基质中 ;由薄膜的室温透射光谱研究发现 ,随热处理温度的升高、热处理时间的延长 ,薄膜的透射光谱向长波方向移动 ,表现出明显的量子尺寸效应。

激光透射焊接掺杂玻璃纤维ABS和PP塑料工艺研究

激光透射焊接塑料技术凭借其优良的焊接性能,广泛应用于医疗、电子、汽车和包装等领域。目前工业上,为提高塑料制品的使用性能,掺杂玻璃纤维是改性塑料的一个重要方式。然而,掺杂玻璃纤维会导致塑料的透光性大幅下降,不合适的焊接工艺极易导致焊接缺陷。针对这一问题,开展激光透射焊接掺杂玻璃纤维ABS和PP塑料的工艺研究,旨在获得最佳的焊接工艺。首先,根据激光透射焊接的原理,指出焊接掺杂玻璃纤维ABS和PP塑料的工艺难题;其次,对掺杂玻璃纤维ABS和PP塑料进行初步焊接,获得适合的焊接工艺参数范围;随后,设计田口实验,提出面能量概念,综合分析工艺参数对剪切强度的影响规律。实验分析发现,提出的面能量概念能够较好地描述焊缝剪切强度与工艺参数之间的关系,此外,得出激光透射焊接掺杂玻璃纤维ABS和PP塑料的最佳面能量为0.43 J/mm^2。