硅基光电集成用铒硅酸盐化合物光源材料和器件的研究进展

针对一种新型的硅基发光材料—铒镱/钇硅酸盐化合物开展了一系列基础研究。研究了铒硅酸盐,铒镱硅酸盐、铒钇硅酸盐高铒化合物材料的结构、光学和电学特性,通过优化铒镱/钇硅酸盐化合物材料的成分和结构,获得2个数量级的光致发光增强;制备出基于铒镱/钇硅酸盐薄膜材料的光波导放大器,观察到5 dB/cm以上的光放大;研制出金属-绝缘体-半导体结构电致发光器件,获得了铒镱/钇硅酸盐化合物的电致发光,并在理论上证明这种材料可以获得电泵浦激光的可能性。

高温传感材料——掺铒硅酸盐玻璃温度特性的研究

介绍了掺铒硅酸盐玻璃样品制备工艺。在298~698 K温度区间内,分析了硅酸盐基质中三价铒离子两条绿上转换光致发光谱荧光强度比R与绝对温度T的关系,公式为T=-328/ln(0.5612R);灵敏度数值由0.00219 K-1单调地下降为0.00075 K-1.研究结果表明:掺铒硅酸盐玻璃可以作为高灵敏传感器,应用在低于698 K的温度测量中。

镱铒共掺硅酸盐玻璃三波段光致发光特性数值分析

考虑两级合作上转换、激发态吸收、交叉弛豫等非线性效应,建立了镱铒共掺硅酸盐玻璃材料9个能级的11个速率方程。唯象地构造了合作上转换系数随镱铒掺杂浓度的变化函数,数值模拟了镱铒共掺硅酸盐玻璃1530,664,549 nm 3个波段的光致发光强度与掺杂浓度、抽运功率的变化关系。计算结果表明:掺铒浓度一定,镱浓度增加时,对于1530 nm荧光而言,有最佳的掺镱浓度,但红光和绿光荧光强度随掺镱浓度始终增强;保持镱铒掺杂浓度不变,抽运功率增加时,3种荧光强度均单调增强,差别在于增幅速率不同,且近红外光强有饱和趋势。计算结果与实验测量相吻合。

掺铒、镱铒共掺硅酸盐玻璃1.54μm荧光寿命测量

对自制的掺铒、镱铒共掺硅酸盐玻璃1.54μm荧光寿命进行了测量。实验结果表明:荧光衰减曲线是一条单指数曲线,与理论分析相一致,荧光寿命数量级为ms量级;在所考虑的泵浦功率范围内,两种样品的荧光寿命基本不随功率的变化而变化;荧光寿命随着样品掺铒浓度的增加呈现减小趋势,而在掺铒浓度一定的情况下随掺镱浓度的变化不明显,主要由于受激发的铒离子把能量通过间接耦合给了猝灭中心。

掺铒、镱铒共掺杂硅酸盐玻璃光致发光强度随泵浦波长的变化

利用半导体激光器的红移特性,测量了掺饵、镱铒共掺杂硅酸盐玻璃样品的光致发光强度随泵浦波长的变化。实验结果表明,掺铒硅酸盐玻璃样品的最佳泵浦波长为981.6nm,镱铒共掺杂硅酸盐玻璃样品的最佳泵浦波长为972.1nm;两种样品的-3dB带宽分别为3 6nm和7.4nm。

高浓度掺铒/镱铒共掺硅酸盐玻璃丝的净增益测量

室温下测量了两种高浓度掺杂硅酸盐玻璃丝的净增益随抽运功率、玻璃丝长度的特性曲线,在100mW功率抽运下,掺铒质量浓度为0.19g/cm3的硅酸盐玻璃丝的单位长度净增益为1.96dB/cm,阈值功率为36mW,最佳长度为4.5 cm;掺镱质量浓度为1.1g/cm3、掺铒质量浓度为0.12g/cm3的镱铒共掺硅酸盐玻璃丝,单位长度净增益为3.07dB/cm,阈值功率为28mW,最佳长度为2.5 cm。结果表明,在厘米长度量级上可获得近10dB的净增益。镱铒共掺硅酸盐玻璃丝的净增益随抽运功率增长未出现饱和趋势,说明镱作为敏化剂可以改善掺铒光纤放大器的增益特性。

铒硼硅酸盐玻璃形成性能的研究

由于稀土离子拥有异常丰富的能级,因此,在实践中比较广泛地应用于光学玻璃材料的制作中。文章以铒硼硅酸盐玻璃作为本次研究的对象,观察Al2O3和Er2O3的含量对铒硼硅酸盐玻璃形成性能的影响。

基于S3C2410A的高温测量系统的研究

制作了掺铒硅酸盐玻璃高温传感器样品.分析了高温传感器样品中三价铒离子两条绿上转换光致发光谱荧光强度比R与绝对温度T的关系,设计了基于S3C2410A的高温测量系统.研究结果表明,该系统可以应用在低于698K的温度测量.

Er硅酸盐化合物薄膜的相转变和光致发光特性研究

溶胶-凝胶法在Si(100)基片上旋涂法制备铒硅酸盐化合物(Ersilicate)薄膜.系统研究了烧结温度和烧结时间对Ersilicate薄膜相结构、相转变以及光致发光特性的影响.在1000℃以下,薄膜晶体结构为Er2O3晶体和SiO2非晶的混合物.随着烧结温度增加到1200℃,保温时间增加到30min,薄膜晶体结构转变成(100),(200)和(300)择优取向的Er2SiO5相.Ersilicate晶体结构对光致发光(PL)性能有显著的影响,Er2O3晶体和SiO2非晶混合物的光致发光主峰为1.535μm,当晶体结构转变成Er2SiO5,主峰变为1.528μm,强度提高10—20倍.研究结果表明具有强光致发光特性的Er2SiO5薄膜是一种有前景的硅基光子学光源候选材料.

Er^(3+)掺杂Li_2O-CdO-Al_2O_3-SiO_2玻璃的合成及光谱分析

合成了Er3+掺杂Li2O CdO Al2O3 SiO2玻璃,对其吸收光谱、红外及上转换荧光光谱进行了测试和分析。根据吸收光谱和Judd Ofelt理论计算了该玻璃中Er3+离子在不同能级间的实验与理论振子强度、辐射跃迁几率、荧光分支比和寿命等光谱强度参数,在798和975nm激光激发下,观察到强的1.53μm红外发射及绿色上转换发光现象,对其形成机制进行了分析。探讨了这种玻璃作为新的激光材料及上转换实用功能材料的可能性。