Gd^(3+)/Ce^(3+)对Tb^(3+)掺杂氟氧化物玻璃发光敏化作用的影响

本文采用高温熔融法制备了Gd/Tb、Gd/Ce、Gd/Ce/Tb掺杂的SiO_(2)-B_(2)O_(3)-BaF_(2)组分氟氧化物玻璃,通过测试X射线衍射光谱确定了其物相,通过测试其不同波段激发下的荧光光谱研究了不同Gd_(2)O_(3)掺量下Tb^(3+)的发光性能,并确定了Gd_(2)O_(3)更精确的最佳掺量范围。此外,文中通过改变气氛制备了Gd/Ce/Tb共掺杂氟氧化物玻璃,对比研究了Gd^(3+)和Ce^(3+)对Tb^(3+)的敏化作用。结果表明,本文所制备的氟氧化物玻璃都呈稳定的玻璃态;Gd^(3+)和Ce^(3+)对Tb^(3+)的发光都具有敏化作用,且Gd_(2)O_(3)掺量为7%(摩尔分数,下同)时敏化效果相较于其他掺量最为显著,超出7%则造成猝灭;Ce_(2)O_(3)掺入玻璃后以Ce^(3+)和Ce^(4+)两种价态共存,在还原气氛下掺入相较于空气气氛下掺入更容易保持Ce^(3+)状态,而且Ce^(3+)对Tb^(3+)的发光具有敏化作用,Ce^(4+)会抑制Tb^(3+)的发光。

Er^3＋/Yb^3＋/Tb^3＋共掺氟氧锗酸盐玻璃上转化发光性质及机理研究(英文)

在980nm激发下,研究了Er3+、Yb3+和Tb3+单掺或共掺氟氧锗酸盐玻璃的上转换发光性质和机理.室温下,观察到了强的绿色和红色上转换发光,其发光中心位于524、546和658nm处,分别对应于Tb3+离子的5D4→7FJ(J=5和0)和Er3+离子的(2H11/2、4S3/2和4F9/2)→4I15/2跃迁.研究了TbF3、YbF3掺杂浓度以及激光功率对上转换发光强度的影响,讨论了Er3+、Yb3+和Tb3+之间的能量传递和上转换机理.

双包层Er^(3+)/Yb^(3+)共掺光纤激光器稳态特性的分析

对 98 0nm泵浦光泵浦双包层Er3 + /Yb3 + 共掺光纤激光器进行了数值模拟 ,分析了泵浦光与激光在双包层Er3 + /Yb3 + 共掺光纤中的分布情况、输出功率与泵浦功率的关系、光纤长度与腔镜反射率对输出激光功率的影响 ,计算的最大斜效率为 5 6 .3%,接近于理论计算值的极限。

Er^(3+)∶Yb^(3+)∶Tm^(3+)共掺硼硅酸盐玻璃光致发光温度特性和能级劈裂

高温固相烧结法制备了Er3+∶Yb3+∶Tm3+共掺硼硅酸盐玻璃.在978 nm半导体激光器抽运下,测量了样品在300～573 K下光致发光谱强度随温度的变化,讨论了室温时上转换绿光和红光等波段的光谱劈裂.分析了Er3+,Yb3+和Tm3+之间的能量传递机制.研究结果表明,当温度升高时,Er3+∶Yb3+∶Tm3+共掺硼硅酸盐玻璃的481 nm蓝光、517和534 nm绿光、以及657 nm红光等光致发光强度单调下降,在490 K时几乎消失.但900 nm左右的近红外光谱则随温度的升高而持续增强,而且其中心波长向短波方向移动.在室温时,光谱劈裂明显,高温时劈裂逐渐消失.

微型化LD泵浦Er^(3+),Yb^(3+)共掺磷酸盐玻璃被动调Q激光器

报道了一种主要应用于激光测距的微型化激光二极管泵浦Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃被动调Q激光器。采用中心波长940nm的二极管作为泵浦源,Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃作为增益介质,Co2+:MgAl2O4作为被动调Q晶体,通过优化增益介质和被动调Q晶体参数,获得了最佳的增益介质长度和被动调Q晶体初始透过率。当泵浦能量14mJ,重复频率10Hz,泵浦脉宽5ms时,获得了单脉冲能量480μJ,脉宽5ns,峰值功率大于20kW的激光输出,激光光束质量因子为1.2。

级联双包层Er^(3+)/Yb^(3+)共掺光纤放大器的增益瞬态

基于速率方程的离散算法,首次实现了对双包层Er3+/Yb3+共掺光纤放大器级联链路增益瞬态的分析。研究了级联链路中功率漂移与撤除信道数及级联放大器数量的关系。

二价碱土金属氟化物对Er^(3+)/Tm^(3+)/Yb^(3+)共掺氟氧锗酸盐玻璃热稳定性和光谱特性影响的研究

制备了分别含有MgF2,CaF2,SrF2或BaF2的Er3+/Tm3+/Yb3+共掺氟氧锗酸盐玻璃试样和包含BaF2纳米晶的玻璃陶瓷试样,所制备试样均具有良好的透光性。对试样的热稳定性和上转换发光特性进行了研究。通过分析试样的吸收光谱发现,随着所含二价阳离子原子量的增大,试样的紫外吸收截止波长明显向短波方向移动。结果显示:通过改变所含二价碱土金属离子的种类能够对激发光的颜色进行调节,特别值得关注的是Mg2+的影响;结果证实:通过对包含二价碱土金属的玻璃进行微晶化处理或者增加二价碱土金属的含量均能提高上转换发光的强度。

掺Er及Yb-Er共掺Al2O3光波导放大器噪音特性的数值模拟

利用由速率方程、有限元场分布、传输方程构建的综合理论模型,数值求解了掺Er及Yb-Er共掺Al2O3光波导放大器的噪音系数和正反向自发辐射功率.结果表明,随波导长度的增加,当增益开始下降时,噪音系数显著增加.同时显示了抽运功率和掺杂浓度对噪音系数的影响,比较了两种掺杂放大器的噪音系数,Yb-Er共掺比只掺Er的约小0.8dB.

基于光纤平移的窄线宽可调谐Er^(3+)/Yb^(3+)共掺光纤激光器

针对输出耦合镜旋转调谐时输出光束方向变化问题,设计了一种光纤位置平移、而调谐输出光束方向不变的光纤激光器系统。运用光栅方程,分析了光纤平移的调谐机理;采用输出与反馈光束耦合模型,分析了输出增益线宽随光纤位置、光束半径的变化。理论分析表明:该光纤激光器可获得线宽小于0.2nm的调谐激光输出。实验结果表明,该激光器在波长为1543.446nm处获得的调谐输出功率最大,达到470mW,计算的斜率效率为23.9%;整个调谐区域达到36nm,调谐范围内激光的3dB线宽小于0.08nm。

Yb^(3+)/Er^(3+)共掺钨钼酸盐上转换发光材料的研究

采用水热法合成了镱离子(Yb^(3+))/铒离子(Er^(3+))分别共掺杂钨酸钆银(AGWO)、钼酸钆银(AGMO),分别制得钨酸钆银∶镱/铒(AGWO∶Yb^(3+)/Er^(3+))上转换发光材料、钼酸钆银∶镱/铒(AGMO∶Yb^(3+)/Er^(3+))上转换发光材料,采用X-射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及荧光光谱仪对合成样品的结构特征、表面形貌以及发光性能进行了表征。研究结果表明:在不同浓度Yb^(3+)和Er^(3+)共掺条件下,所得粉体样品的物相分别与AGWO、AGMO基质物相一致;随着合成条件的变化,样品具有不同的形貌:AGWO∶Yb^(3+)/Er^(3+)呈棒状、AGMO∶Yb^(3+)/Er^(3+)呈粒状;在980nm激光激发条件下,可以观测到波长位于525nm、550nm处的绿色发射光谱和波长位于660nm处的红色发射光谱,分别对应于Er^(3+)的~2H_(11/2)→~4I_(15/2)(525nm)、~4S_(3/2)→4I_(15/2)(550nm)和~4F_(9/2)→~4I_(15/2)(660nm)特征跃迁。通过对比可发现,在Yb^(3+)/Er^(3+)掺杂浓度相同的条件下,AGMO∶Yb^(3+)/Er^(3+)具有较强的发射强度。

Tm^(3+)/Yb^(3+)/Er^(3+)共掺氟氧硅酸盐玻璃的上转换发光特性

利用熔融法制备了Tm3+/Yb3+/Er3+共掺氟氧硅酸盐玻璃.在980nm LD激发下,研究了Tm3+离子和Er3+离子之间的能量传递和Tm3+离子的上转换荧光,分析了Tm3+离子的上转换机理,发现蓝色上转换荧光是三光子过程对应于1 G4→3 H6的跃迁,而红色上转换荧光是双光子过程对应于1 G4→3 F4的跃迁.比较不同掺杂摩尔分数的样品的荧光强度,发现Tm3+离子的最佳掺杂摩尔分数为0.2%.

Er^(3+)单掺和Er^(3+)/Yb^(3+)共掺碲酸盐玻璃的光谱性质及能量传递

采用高温熔融法制备了新型Er3+单掺和Er3+/Yb3+共掺的TeO2-Bi2O3-SiO2-B2O3玻璃,测试并分析了样品的吸收光谱、发射光谱以及Er3+/Yb3+共掺杂样品的发射光谱和荧光寿命。计算出了玻璃的J-O强度系数Ωt(t=2,4,6);系统讨论了Er3+/Yb3+共掺杂样品在808 nm激光激发下,Yb3+与Er3+近红外发射强度比值变化情况及Er3+→Yb3+的反向能量传递机理。结果表明:Er3+单掺玻璃系统在1.53μm附近的最大发射带宽可达90 nm;适量的Yb3+引入到掺Er3+玻璃中,可有效地减小Er3+:4I13/2能级的消布居速率,提高Er3+:4 I13/2→4 I15/2的发射强度和Er3+:4 I13/2能级的寿命。

无容器制备Er^(3+)/Yb^(3+)共掺La_2O_3-TiO_2-ZrO_2玻璃及其上转换发光研究

利用无容器技术制备了(La0.94-xEr0.06Ybx)(Ti0.95Zr0.05)2.25O6(x=0~0.24,间隔0.04)球状透明玻璃,其稀土离子掺杂浓度最大值达到30%。通过DTA分析发现,玻璃具有很好的热稳定性,x=0时玻璃化转变温度Tg和析晶起始温度To分别为818℃和906℃,ΔT(ΔT=To–Tg)为88℃,玻璃形成能力较低。随着Yb3+浓度提高,Tg、To和ΔT逐渐下降,说明Yb3+降低了玻璃的热稳定性和形成能力。利用紫外可见分光光度计测定了样品的吸收/透过光谱,玻璃在975 nm具有很强的吸收峰,表明Yb3+可以有效提高玻璃对入射光的吸收强度;在可见光范围内除特征吸收外具有近70%的透过率,说明玻璃具有良好的透可见光性能,有望获得高强上转换发光输出。上转换荧光光谱研究表明:在980 nm激光泵浦下,获得了中心位于535、554和672 nm处的绿、红发光带,x=0.16的发光最强,672 nm处的红光强度是x=0的近130倍。上转换发光强度与泵浦功率关系的分析表明:535、554 nm处的绿光和672 nm处的红光发光均是双光子发光过程。

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.

Ce^(3+),Tb^(3+)共掺BaYF_5微晶玻璃的光学特性

采用高温熔融法制备了一种新型的Ce3+/Tb3+共掺BaYF5微晶玻璃。测试了微晶玻璃的X射线衍射图(XRD)谱、激发光谱和发射光谱。研究发现:660℃热处理2 h后的玻璃基质中析出BaYF5纳米晶相,根据XRD结果用Scherrer公式计算得到晶粒大小约为27 nm;在近紫外光(338 nm)激发下,观察到BaYF5微晶玻璃宽带蓝光(425 nm)发光对应Ce3+的5d→2F5/2和5d→2F7/2能级跃迁,蓝光(487 nm)、绿光(541 nm)、橙光(582 nm)和红光(620 nm)发光对应于Tb3+的5D4→7FJ(J=6,5,4,3)能级跃迁。通过调节Ce3+和Tb3+的掺杂浓度,得到色坐标为(0.287,0.336)的白光发光微晶玻璃,并系统分析了Ce3+和Tb3+离子的发光机理和能量传递过程。研究结果表明:Ce3+/Tb3+共掺的BaYF5微晶玻璃是制作白光LED的一种潜在基质材料。

Yb^3＋,Ho^3＋共掺氧化钇透明陶瓷的制备及其性能

研究了共沉淀法制备Yb/Ho∶Y2O3纳米粉末及其透明陶瓷的烧结工艺,采用Y(NO3)3、Yb(NO3)3和Ho(NO3)3的混合溶液为母盐溶液,以氨水为沉淀剂,在不同pH值下,用共沉淀法制备得到了碱式硝酸盐前驱体沉淀。1100℃煅烧2h得到Yb/Ho∶Y2O3纳米粉末。采用0.5wt%的TEOS(正硅酸四乙酯)为添加剂,1700～1850℃真空烧结15～25h后,得到了Yb/Ho∶Y2O3透明陶瓷。

Tm^(3+)/Yb^(3+)共掺杂ZBLAN玻璃的多光子紫外上转换发光

利用光谱分析手段研究了熔融淬火法制备的Tm和Yb共掺杂的重金属氟化物玻璃ZrF4-BaF2-LaF3-A1F3-NaF的上转换发光性质.在980 nm连续激光的激发下,观察到了较强的363 nm(1D2→3H6),347nm(1I6→3F4)和291 nm(1I6→3H6)的紫外上转换发光,以及中心位于454 nm,475 nm,643 nm,687 nm和804 nm的上转换荧光.这些上转换发射所对应的f-f跃迁为1D2→3F4,1G4→3H6,1G4→3F4,3F3→3H6和3H4→3H6.根据上转换发光强度随泵浦光功率的双对数变化关系得到,347 nm和363 nm的发光分别属于5光子和4光子上转换过程.结果表明:Tm和Yb共掺杂的ZrF4-BaF2-LaF3-A1F3-NaF玻璃可以有效地把近红外波段的激光转化成紫外波段的光.

Er^(3+)/Ho^(3+)共掺GeS_2-In_2S_3-CsI玻璃上转换发光和能量传递研究

用熔融急冷法制备了系列Er3+/Ho3+共掺80GeS2-10In2S3-10CsI硫卤玻璃,测试了样品的状态稳定性、拉曼光谱、吸收光谱以及上转换光谱。在该样品中出现了强烈的绿光(526、549nm)和红光(660nm),分别对应于2 H11/2→4I15/2(Er3+)、4S3/2→4I15/2(Er3+)+5S2(5F4)→5I8(Ho3+)和4F9/2→4I15/2(Er3+)+5F5→5I8(Ho3+)的跃迁。研究了Er3+/Ho3+离子在该样品中的上转换发光机制和能量传递机理。在该系列0.6%(摩尔分数)Er2S3/xHo2S3共掺样品中,上转换发光强度随着Ho2S3掺杂量的增加而显著提高,当Ho2S3掺杂量增加至0.6%(摩尔分数)时,绿光(549nm)和红光(660nm)强度达到最大值,此时的绿光和红光强度分别是未掺Ho2S3时的4.2和10倍。绿光和红光均为双光子吸收过程。

Sc^(3+)共掺杂对单个NaGdF_4∶Yb^(3+),Er^(3+)微晶的上转换荧光调控

在高温、长时的水热氛围中,通过Sc^(3+)的共掺杂,制得了一类特殊的稀土掺杂氟化物微晶。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线探测器(EDX)和元素分布像(element mapping)对其晶相和形貌进行表征。结果表明,无Sc^(3+)共掺时,样品为六方相NaGdF_4基六角微米盘;有Sc^(3+)共掺时,六方相NaGdF_4基微晶与单斜相Na3ScF6基微晶共存于样品之中,并且随着Sc^(3+)掺杂浓度的升高,NaGdF_4基微晶发生了显著的形貌演变。值得一提的是,实际进入基质晶格的Sc^(3+)浓度远小于前驱物中Sc^(3+)的浓度。采用激光共聚焦显微技术测试了980nm激光激发下的单颗粒上转换光谱。结果表明,晶格内少量Sc^(3+)的有效介入,可诱导单个NaGdF_4∶Yb^(3+),Er^(3+)微晶内绿色荧光(~2H_(11/2)/~4 S_(3/2)→4 I15/2)对红色荧光(4 F9/2→4 I15/2)相对强度的显著调控,且随着Sc^(3+)掺杂浓度的增加逐渐升高。结合建议的上转换机制,对红色和绿色上转换荧光衰减曲线和对应发射带的积分强度对激发功率的依赖关系展开了详细分析。上转换荧光衰减曲线的上升时间随着Sc^(3+)掺杂浓度的升高逐渐缩短,红绿发射带积分强度对激发功率的依赖也随着Sc^(3+)掺杂浓度的升高变得更为明显,暗示了半径最小的稀土离子Sc^(3+)进入基质晶格后,从Yb^(3+)到Er^(3+)能量转移速率显著提升,使得绿光的~2H_(11/2)/~4 S_(3/2)激发态较红光的4 F9/2激发态更容易布居,从而产生可观的上转换荧光调控。此类微晶有望在荧光防伪、光学波导等领域获得重要应用。

PbO对Tm^(3+)/Ho^(3+)/Yb^(3+)共掺碲酸盐玻璃三基色上转换发光的影响

用高温熔融法制备了Tm3+/Ho3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃,在TeO2-ZnO-La2O3玻璃组分的基础上,引入声子能量较低的PbO,研究了PbO对基质样品拉曼光谱以及Tm3+/Ho3+/Yb3+共掺样品上转换发光光谱的影响。结果表明,随着PbO含量的增加,样品的最大声子能量下降比较明显,同时样品的声子态密度也有减小趋势;在975nm波长激光二极管(LD)激励下,随着PbO含量的增加,Tm3+/Ho3+/Yb3+共掺样品上转换蓝光(480nm)、绿光(546nm)和红光(662nm)的发光强度都有明显增强,且PbO的引入对上转换蓝光发光强度的影响要大于其对绿光和红光的影响。