Er^(3+)/Nd^(3+)/Tm^(3+)共掺碲酸盐玻璃近红外发射和能量传递机理

为满足通信网络飞速发展对密集波分复用系统(DWDM)传输容量需求的不断增加,对DWDM系统核心器件掺铒光纤放大器(EDFA)性能的要求也越来越高。碲酸盐玻璃因其具有稀土离子溶解度高,声子能量低和高折射率等优点已成为替代传统掺铒石英光纤的理想材料。掺稀土碲酸盐玻璃可以作为宽带光纤放大器的理想增益介质来实现信号有效放大,因此提高掺铒碲酸盐玻璃光谱性能并拓展其放大带宽对DWDM系统扩容具有重要意义。通过Er^(3+)、Nd^(3+)和Tm^(3+)共同掺杂提高碲酸盐玻璃的放大带宽以获得超宽带发光。Er^(3+)、Nd^(3+)和Tm^(3+)分别通过跃迁产生1.55、1.34和1.85μm波段的发光,且三个近红外发射波段基本相邻。采用三种离子共掺的方式,通过离子间发生能量传递(ET)来实现碲酸盐玻璃在连续光谱中的发光。在TeO_(2)-WO_(3)-ZnO-Na_(2)O-Er_(2)O_(3)碲酸盐玻璃中,先进行Er^(3+)/Nd^(3+)掺杂,分析Er^(3+)/Nd^(3+)间能量传递机理,得到Er_(2)O_(3)、Nd_(2)O_(3)掺杂浓度分别为1、0.1 mol%时玻璃发光强度较佳。再进行不同Tm^(3+)浓度下的Er^(3+)/Nd^(3+)/Tm^(3+)三种离子掺杂,最后采用高温熔融退火法制备得到热稳定性能良好的Er^(3+)/Nd^(3+)/Tm^(3+)掺杂碲酸盐玻璃。Er^(3+)、Nd^(3+)和Tm^(3+)间发生能量传递,在1250~2100 nm范围内产生了发光中心为1.3、1.5和1.8μm的三个波段发光,覆盖了整个O、E、S、C、L和U波段。1.5μm处的荧光半高宽(FWHM)增加到131.68 nm,1.8μm处的FWHM高达251.75 nm。详细分析了三种稀土掺杂时稀土离子之间的能量传递过程机理。光谱结果表明,当Er_(2)O_(3)、Nd_(2)O_(3)、Tm_(2)O_(3)掺杂浓度分别为1、0.1、0.2 mol%时,Er^(3+)/Nd^(3+)/Tm^(3+)三掺碲酸盐玻璃是超宽带光纤放大器设计的一种有效材料。

基于色散调控氟碲酸盐玻璃光纤的O-U波段平坦光频梳产生

光学频率梳(简称光频梳)作为一种优秀的多波长光源在通信领域具有巨大的应用潜力。通过将光频梳光源与波分复用技术(WDM)、空分复用技术结合(SDM),通信系统可以具有百Tbit/s量级的传输速率,在5G/6G通信、物联网、自动驾驶等方面具有重要的应用价值。目前实现光频梳的方法主要有以下四种,分别为基于锁模激光器产生飞秒光频梳、基于光学微腔产生光频梳、基于电光调制器产生光频梳以及基于行波四波混频产生光频梳。它们各具特点,但均很难同时实现宽光谱、高信噪比、高平坦度、高的单梳齿功率以及梳齿频率间隔大范围可调,这在一定程度上影响了光频梳在光通信领域的应用。本文提出基于受激布里渊激光腔产生种子梳,采用腔外负色散光纤进行脉冲压缩,进一步利用色散调控的高非线性氟碲酸盐光纤进行扩谱,从而实现光频梳产生。数值计算结果表明,通过该系统,我们可以得到重复频率大范围可调、光谱覆盖整个O-U波段且在O-U波段梳齿强度标准差小于5 dB的平坦光频梳,证明了通过基于布里渊激光腔与色散调控高非线性氟碲酸盐光纤的光学系统产生可用于光通信的平坦光频梳的可行性。

稀土掺杂Gd_(2)Te_(4)O_(11)亚碲酸盐荧光粉的合成及其发光性能

采用水热法制备了一系列稀土Dy^(3+),Tb^(3+),Eu^(3+)掺杂的极性Gd_(2)Te_(4)O_(11)(GTO)亚碲酸盐荧光粉.对样品的物相结构、形貌和热稳定性等进行了表征,测试了样品的发光性能.结果显示,所制样品均为单相,呈短杆状形貌,尺寸在微米量级,热稳定性能良好.对于GTO:Dy^(3+)荧光粉,在紫外光激发下的发光主要位于黄绿光区,获得最强发光强度的掺杂浓度为2.5%,色坐标为(0.39,0.43);荧光衰减曲线表明GTO:Dy^(3+)样品发光寿命随着掺杂浓度增大逐渐减小,与Dy^(3+)离子间的交叉弛豫有关.对于GTO:Eu^(3+)荧光粉,在紫外光激发下的发光主要位于红光和橙红光区,其发射强度随着Eu^(3+)掺杂浓度的增大而增强.当掺杂浓度为10%时,样品发光的色坐标为(0.62,0.38),位于橙红光区,且样品的发光寿命几乎不受掺杂浓度影响.对于GTO:Tb^(3+)荧光粉,随着Tb^(3+)掺杂浓度的增大,受Tb^(3+)离子间交叉弛豫的影响,荧光粉在紫外光激发下的发射从蓝紫区向黄绿光区转变;其中,当Tb^(3+)浓度为0.5%时,样品表现为白光发射,色坐标为(0.33,0.35),显色指数达86.变温荧光光谱测试结果显示,上述荧光粉具有良好的发光热稳定性.对三类荧光粉的内量子效率进行了测试,其中GTO:Eu^(3+)量子效率优于GTO:Dy^(3+)和GTO:Tb^(3+),各样品量子效率仍有较大提升空间.

19芯碲酸盐玻璃放大光纤的低串扰结构设计及性能仿真

基于空分复用技术的多芯光纤通信核心指标之一是信道串扰,该问题的存在极大地影响着传输距离及信号质量,尤其是在宽带光纤放大系统中。本文重点讨论了弱耦合19芯光纤的串扰问题,同时提出了一种利于多组分碲酸盐玻璃挤压制备的沟槽辅助型19芯光纤,并采用耦合功率理论和有限元法对模型进行了相关性能的数值仿真,系统研究了沟槽尺寸、折射率分布及相关光纤参数对芯间串扰的影响。仿真结果表明,优化设计后的光纤在1550 nm处拥有-156 dB/100 m的低串扰值,可以满足大容量光纤通信用宽带光放大器的应用需求。

Er^(3+)掺杂氟碲酸盐玻璃微球腔的激光性能及其温度传感研究

采用高温浮粉熔融法制备了组分为60TeO_(2)-10GeO_(2)-20BaF_(2)-9Y_(2)O_(3)-1Er_2O_(3)的Er^(3+)掺杂氟碲酸盐玻璃微球,并对其品质因子(Q)、近红外激光特性以及温度传感进行了细致研究。结果发现微球腔的Q值可高达~10~6。在980 nm激光泵浦下,在直径为44.58μm的微球中实现了阈值为54μW、光学转换效率为0.050%的1 607 nm激光输出。通过研究不同直径对微球腔激光性能的影响规律,可知随着微球腔直径的减小,激光阈值逐渐降低,光学转换效率逐渐提高,这主要归因于较小的微球腔具有更高的能量密度和更强的光与物质相互作用。此外,研究了微球腔的温度传感特性,其灵敏度为14 pm/℃。以上实验结果表明,所制备的Er^(3+)掺杂氟碲酸盐玻璃微球腔在低阈值激光器和高灵敏度温度传感器领域具有潜在的应用。

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。

Tm^(3+)在亚碲酸盐玻璃中升频发光的研究及其光谱性质的J-O计算

报道了一种新组份亚碲酸盐玻璃作为掺稀土基质在提高升频发光效率方面的优良特性 .在 970 mm LD泵浦下这种 Tm3 + 掺杂的亚碲酸玻璃明显的蓝色及红色升频发光 ,通过测量其吸收光谱 ,用 J-O理论计算了这种玻璃基质中 Tm3 + 离子各发光能级的自发辐射几率、跃迁振子强度、分支比及寿命等光谱参量 .并计算了 481 mm和 650 mm两种发光的发射截面 .

碲酸盐激光玻璃的结构分析

本文用X射线衍射、红外光谱、喇曼光谱和X射线光电子能谱等各种测试手段对碲酸盐激光玻璃的结构进行了分析，指出了碲酸盐玻璃的结构．

掺铒氧氟碲酸盐玻璃的上转换发光研究

研究了掺铒氧氟碲酸盐玻璃的吸收光谱和上转换发光光谱,分析了Er3+离子在氧氟碲酸盐玻璃中的上转换发光机理.结果表明:通过975nm的激光二极管(LD)激发,在室温下同时观察到强烈的绿光(524和545nm)和红光(655nm),分别是由于Er3+离子2H(11/2)→4I(15/2),4S(3/2)→4I(15/2),和4F(9/2)→4I(15/2)跃迁.随PbF2含量增加,绿光的发光强度增加趋势较小,而红光的发光强度增加趋势大于绿光.上转换发光机理主要涉及能量转移和激发态吸收,强烈的绿光和红光激发都是由于双光子吸收过程.

含纳米晶颗粒的Yb^(3+)/Er^(3+)共掺透明碲酸盐玻璃陶瓷的光谱性质研究

在组成为15Li2O-15Nb2O5-70TeO2-0.1Er2O3-0.4Yb2O3(%,摩尔分数)的碲酸盐玻璃基础上,采用两步热处理法制备了透明的含纳米晶颗粒碲酸盐玻璃陶瓷。通过X射线衍射(XRD)测试表明,玻璃陶瓷中的晶体颗粒组成为Yb6Te5O19.2或Er6Te5O19.2,晶粒尺寸约为55 nm。根据Judd-Ofelt理论计算了Er3+离子在基质玻璃和玻璃陶瓷中的光谱参数Ωt(t=2,4,6)以及Er3+∶4I15/2→4I13/2跃迁自发辐射几率,根据Mc-Cumber理论计算了Er3+∶4I13/2→4I15/2跃迁的发射截面。测试了基质玻璃和玻璃陶瓷的拉曼光谱,对比研究了铒离子在基质玻璃和玻璃陶瓷中1.5μm处荧光和上转换光谱特性。

宽带放大器用碲酸盐玻璃研究进展

硫酸盐玻璃作为宽带放大器用掺解或掺铥基质材料目前已成为宽带玻璃主动光纤研究的重要组成部分。本文主要从碲酸盐玻璃组成、结构、热稳定性、光谱特性四个方面总结了碲酸盐玻璃研究进展,并对其发展趋势进行了评述。

Tm^(3+)/Yb^(3+)掺杂亚碲酸盐玻璃蓝红光上转换的研究

研究了掺Tm3+ /Yb3+ 亚碲酸盐玻璃室温下的上转换发光。用 970nm波长的半导体激光器作为泵浦源 ,得到了高效率的 480nm波长上转换的荧光。通过对不同掺杂浓度样品的发光比较 ,发现了这种玻璃上转换发光的浓度猝灭现象 ,找出了这种玻璃得到高效率上转换发光的适宜浓度 ,并对Tm3+ 的浓度猝灭现象进行了分析。通过对上转换发光强度与泵浦强度关系曲线的拟合 ,看到这种上转换是三光子吸收过程 ,这与通过能级图分析得到的结果相同。另外 ,也对 65 0nm波长的上转换发光进行了研究。

Tm^(3+)/Yb^(3+)共掺碲酸盐玻璃的近红外发光及能量传递机理

采用高温熔融法制备了组分为TeO2-ZnO-Na2O的Tm3+离子单掺和Tm3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃,应用Judd-Ofelt理论计算分析了玻璃样品的强度参量Ωt(t=2,4,6),自发辐射跃迁几率A,荧光分支比β和荧光辐射寿命τrad等光谱参量,测量得到了不同Yb3+离子掺杂浓度下玻璃样品的Tm3+离子上转换发光谱.结果显示,在980nm泵浦光激励下玻璃样品发射出强烈的近红外上转换荧光.对Tm3+离子上转换发光分析表明,强烈的Tm3+离子近红外上转换发光主要来自于Yb3+/Yb3+离子间的共振能量传递以及基于单声子和双声子辅助的Yb3+/Tm3+离子间的非共振能量传递过程,并进一步计算得到了声子贡献比和能量传递系数.最后,计算分析了Tm3+∶3 F4→3 H6能级间跃迁的1.8μm波段吸收截面、受激发射截面和增益系数.研究表明,Yb3+/Tm3+共掺TeO2-ZnO-Na2O玻璃可以作为近红外波段固体激光器的潜在增益基质.

Dy^(3+)-Tb^(3+)掺杂氟氧碲酸盐玻璃的光谱性能研究

实验采用高温熔融法制备了一系列Dy3+离子、Tb3+离子单掺或共掺氟氧碲酸盐玻璃样品.测试了不同摩尔含量的Dy3+离子和Tb3+离子的氟氧碲酸盐玻璃样品的密度,分析了紫外-可见透射光谱、激发光谱、发射光谱、发光衰减曲线,研究了不同摩尔含量的Dy3+离子和Tb3+离子的氟氧碲酸盐玻璃样品光谱性能及Dy3+离子到Tb3+离子能量传递机理.结果表明:Dy3+离子、Tb3+离子单掺或共掺氟氧碲酸盐玻璃样品的密度均大于5g·cm-3,最大可达6.09g·cm-3;Dy3+离子可以敏化Tb3+离子,促进其发光,但当Dy3+离子超过一定浓度后,会发生离子间浓度猝灭效应,Tb3+离子的发光反而降低.试验测得,Dy3+离子的最佳掺杂浓度为1.0mol%,此时,Tb3+离子掺杂浓度为6.0mol%,Tb3+离子发光效果最强.依据Dexter能量传输理论,并对Dy3+离子和Tb3+离子的能级图及能级间的跃迁进行分析,可知Dy3+离子和Tb3+离子间的能量传递方式为非辐射共振传递.

掺铒碲酸盐玻璃的光谱性质和能量传递

测试了掺Er碲酸盐玻璃在 974nmLD泵浦下的吸收光谱、荧光光谱和上转换光谱 ,应用McCumber理论计算了Er3 + 的受激发射截面 ,分析了碲酸盐玻璃中Er3 + 离子的上转换发光机制 ,研究了Yb3 + 离子对Er3

AgCl纳米晶掺杂铌碲酸盐系统非线性光学玻璃材料研究

铌碲酸盐非线性光学玻璃具有优良的三阶非线性光学效应,引入适量纳米晶体后,有望进一步提高玻璃的三阶非线性光学性能。本文采用在辅助电场诱导下的热处理方法在TeO_2-Nb_2O_5-BaO-AgCl系统玻璃中析出AgCl纳米晶体,并研究了AgCl含量、热处理工艺及电场施加工艺对纳米晶析出和三阶非线性光学性能的影响。结果发现,在铌碲酸盐系统玻璃中引入0．1%～0．35%(质量分数)的AgCl,经热处理后可在玻璃中获得AgCl纳米晶体,而辅助电场提供的较小推动力可诱导更多的纳米晶体均匀析出,并且可以将其尺寸控制在20nm以下。采用辅助电场与热处理工艺相匹配的控制技术可以明显提高材料的三阶非线性光学性能。

掺铒碲酸盐玻璃的制备和光谱性能

制备了掺铒碲酸盐玻璃80TeO2-10La2O3-10RmOn(RmOn=BaO,Na2O,Li2O),用差热分析方法研究了碲酸盐玻璃的热力学稳定性。应用MeCumber理论计算了Er3+在碲酸盐玻璃中的受激发射截面σemi=9.51×10-21 cm2。利用所测玻璃的吸收光谱,应用Jadd-Ofelt理论计算出碲酸盐玻璃的J-O强度参数,Er3+在玻璃中的自发辐射机率,荧光分支比及跃迁振子强度等光谱参数。从玻璃的荧光光镨测得掺Er3+碲酸盐玻璃的荧光半高峰为75 nm。作为光放大器介质的掺Er3+碲酸盐玻璃的荧光峰半高宽与受激发射截面积值分别为铝硅酸盐玻璃的2.8倍和4.3倍,是一种更为理想的宽带光纤放大器用基质材料。

掺铒碲酸盐玻璃的热力学稳定性和光谱性质的研究

分析了掺Er3+碲酸盐玻璃的热力学稳定性能,研究了掺Er3+碲酸盐玻璃的吸收和荧光光谱性质;应用Judd-Ofelt理论计算了碲酸盐玻璃中Er3+离子的强度参数Ω(Ω2=4.79×10-20cm2, Ω4=1.52×10-20cm2,Ω6=0.66×10-20cm2),计算了离子的自发跃迁几率,荧光分支比;应用McCumber理论计算了Er3+的受激发射截面(σe=10.40×10-21cm2)、Er3+离子4I13/2→4I15/2 发射谱的荧光半高宽(FWHM=65.5nm)及各能级的荧光寿命(4I13/2能级为τrad=3.99ms);比较了不同基质玻璃中Er3+离子的光谱特性,结果表明掺铒碲酸盐玻璃更适合于掺Er3+光纤放大器实现宽带和高增益放大.

混合碱效应对碲酸盐玻璃热稳定性的影响

制备了一系列分别含有Li2 O/Na2 O、Li2 O/K2 O、Na2 O/K2 O不同摩尔比的 0 7TeO2- 0 2ZnO -xR2 O - (0 1-x)R′2 O系统碲酸盐玻璃 .通过DSC测定玻璃的转变温度Tg 和析晶开始温度Tx,研究了混合碱效应对玻璃热稳定性的影响 .结果表明 ,当Li2 O/Na2 O、Li2 O/K2 O、Na2 O/K2 O的摩尔比分别为 1∶4 ,2∶3,1∶4时 ,玻璃的热稳定性较好 ;0 7TeO2 -0 2ZnO -xLi2 O - (0 1-x)K2 O系列玻璃的热稳定性普遍比同配比的 0 7TeO2 - 0 2ZnO-xLi2 O - (0 1-x)Na2 O系列玻璃的热稳定性高 ,0 7TeO2 - 0 2ZnO -xNa2 O - (0 1-x)K2 O系列的又比 0 7TeO2 - 0 2ZnO -xLi2 O - (0 1-x)K2

辅助电场下局域分布纳米晶掺杂铌碲酸盐玻璃的制备

利用热处理温度场与辅助电场相匹配的技术,控制含AgCl的铌碲酸盐系统非线性光学玻璃的核化与析晶过程,进而可以精确控制玻璃中AgCl纳米晶体的析出。在300～350℃区域对TeO2–Nb2O5–BaO–AgCl系统玻璃进行辅助电场诱导下的热处理,可以获得尺寸均匀的AgCl纳米晶体。在热处理过程中加载电场与否将明显影响析出纳米晶体的尺寸和含量。热处理的同时利用电场的可局域加载的特性,可以在同一块玻璃中控制获得各种局域分布的纳米晶掺杂玻璃。