硫系玻璃中掺杂Nd^3＋/Yb^3＋的能量转移效应

研究掺杂稀土离子在硫系玻璃中的能量转移过程,光谱学是最常用的方法。文中主要通过吸收光谱图、激发光谱、发射光谱以及荧光寿命等光谱学方法来描述能量转移的过程。选用不同的激光器激发样品,经过测量得到相应的激发光谱、发射光谱。拟合的荧光衰减曲线,通过计算得到了衰减时间和能量转移效率(η_(ETE))。能量转移效率是证明能量转移的有效方法。通过分析图表和数据,发现Nd^(3+)/Yb^(3+)稀土离子掺杂在硫系玻璃中发生了能量转移过程。这样的能量转移过程是:Nd^(3+)离子受到激发后使相应的能级间发生跃迁(~4I_(11/2)→~4F_(5/2)),Nd^(3+)离子能级跃迁所发射的能量正好激发Yb^(3+)离子使之发生能级跃迁(~2F_(7/2)→~2F_(5/2)),从而完成了Nd^(3+)到Yb^(3+)离子间的能量转移。

Yb^(3+)/Er^(3+)掺杂氟氧化物微晶玻璃的制备与发光性能

采用高温熔融法制备了Yb3+/Er3+掺杂的氟氧化物发光微晶玻璃,确定了最佳熔化温度(1 100℃)和退火温度(440℃,480℃)。测定得到基质玻璃的透过率为85%,掺入稀土后,透过率有所下降,并出现了稀土离子的特征吸收峰。980 nm半导体激光器(LD)激发下样品的上转换发射光谱存在4个明显的发射峰,分别为410,532,546和656 nm,对应于2H9/2→4I15/2,2H11/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁。研究了不同Yb3+/Er3+(摩尔分数)和Er3+浓度对上转换发光强度的影响,当Yb3+∶Er3+=4∶1、Er3+摩尔分数为1.5%时,上转换发光强度达到最高。根据发光强度与泵浦功率之间的关系,确定了上转换发射均为双光子过程。讨论了Yb3+,Er3+离子间的能量传递,建立了上转换发光机制。

掺Pr^(3+)硫(卤)系玻璃1.3μm光纤放大器

介绍了稀土掺杂光纤放大器的发展，总结了用于13μm光纤放大器的几种重要的硫（卤）系基质玻璃，阐述了掺Pr(3+)硫（卤）系玻璃1．3μm光纤放大器的光学性质并分析了－OH等杂质对其性能的影响。文章指出了硫（卤）系玻璃将是掺Pr(3+)1．3μm光纤放大器最有希望的可选择基质材料。

Er^(3+)-Yb^(3+)双掺Li_2O-ZnO-SiO_2系透明玻璃陶瓷的制备及表征

采用熔融-晶化技术合成了Er3+-Yb3+掺杂的Li2O-ZnO-SiO2系(LZS)透明玻璃陶瓷。利用DTA,XRD,SEM,UV-Vis-NIR等对样品进行了表征,并分析了影响玻璃陶瓷析晶的因素。结果表明,LZS系玻璃具有良好的结晶性能,其最佳热处理温度为700℃,最佳热处理时间为50min,其主晶相为石英和Li8Zn10Si7O28。该玻璃陶瓷在可见光区的透过率可达85%。经SEM分析,粒子直径为30~40nm。荧光光谱显示,玻璃陶瓷的发射光谱较之基质玻璃有了极大的提高,而且在1530nm附近获得一较强发射峰。

OH^-对Er^(3+)掺杂Ge-Ga-S-CsI玻璃中红外荧光特性的影响

采用蒸馏提纯工艺制备了五组不同Er3+离子掺杂浓度的Ge-Ga-S-CsI玻璃样品,测试了样品的折射率、红外透过光谱,以及800nm激光泵浦下样品在2.85μm处的中红外荧光光谱和荧光寿命,计算了样品中OH?在3μm处的红外吸收系数以及Er3+离子与OH?基团相互作用的强度参量KOH-Er,讨论了OH?根杂质对样品中红外荧光特性的影响.结果表明:蒸馏提纯工艺能有效降低玻璃样品中的OH?残留量,增强Er3+离子2.85μm中红外荧光强度和荧光寿命.计算得到KOH-Er值为1.08×10?16cm4/s,由于Er3+离子与OH?之间单声子能量转移的高效性,残存的少量OH?基团仍会影响2.85μm荧光的强度.

Er^(3+)掺杂新型GeS_2-In_2S_3-CsI玻璃上转换光谱性质研究

用熔融淬冷法制备了掺Er3+的80GeS2-10In2S3-10CsI(mol%)硫卤玻璃样品,测试了样品的热学稳定性、喇曼光谱、吸收光谱以及上转换光谱,分析了Er3+离子在该玻璃中的上转换发光机理.应用Judd-Ofelt理论计算分析了Er3+离子在该样品中的强度参量Ωt(t=2,4,6)、自发辐射跃迁几率A、荧光分支比β以及辐射寿命τrad等光谱参量.在980nmLD泵浦激发下,首次在该种玻璃中观察到强烈的绿光(526nm、549nm),分别对应于2H11/2→4I15/2和4S3/2→4I15/2的跃迁,其中549nm处绿光较强.549nm处上转换荧光寿命为0.34ms,量子效率为69%.同时研究了绿光(526nm、549nm)上转换发光强度随泵浦激发功率的变化,其发光曲线拟合斜率分别为1.71和2.03,表明绿光是双光子吸收过程.研究结果表明:掺Er3+的80GeS2-10In2S3-10CsI硫卤玻璃是一种上转换绿光激光器的潜在基质材料.

Y_2O_3掺杂CaO-Al_2O_3-SiO_2系微晶玻璃的研究

在CaO-Al2O3-SiO2(CAS)系统微晶玻璃中引入稀土氧化物Y2O3,结合XRD、SEM等测试手段,研究了Y2O3的引入对微晶玻璃烧结过程、微观结构以及性能的影响。实验结果表明:随着Y2O3的引入,微晶玻璃烧结温度降低,烧结时间变短。当Y2O3质量分数为3.25%时,CAS微晶玻璃具有最佳的制备工艺和最好的力学性能。

Si_3N_4对硫系玻璃的热学和力学性质的影响

对在两个硫系玻璃系统中引入Ｓｉ３Ｎ４所产生的效应进行了研究，发现其影响程度与基玻璃的组成有关．用描述共价键固体交连程度的系统平均配位数概念讨论了这种关系．发现与处于富硫族元素组成区的硫系玻璃相比，在处于富阳性元素组成区的硫系玻璃中引入Ｓｉ３Ｎ４对玻璃热、力学性能的改善程度较低．这是因为没有足够的硫族元素起连接作用，多余的Ｓｉ并不能对网络交连程度的提高做贡献．进一步的研究结果证实了在不同组成区引入Ｓｉ３Ｎ４对玻璃转变温度θｇ的不同影响．在富阳性元素组成区θｇ甚至随系统平均配位数的增加而略有提高的原因则在于“错键效应”对玻璃网络所可能起到的局部连接作用．

Pr^(3+)掺杂Ge-Ga-S-KCl硫卤玻璃的近红外发光研究

采用熔融淬冷法制备掺Pr3+(0.1%,0.3%,0.5%,0.7%)(按物质的量计算百分数,下同)的0.64GeS2-0.16Ga2S3-0.2KCl硫卤玻璃.测试玻璃的光学吸收谱和光致发光谱,在红外吸收谱中有4个明显的吸收峰,分别是Pr3+的基态3H4向3F4,3F3,3F2和3H6激发态跃迁引起的吸收.近红外区的3个发光峰,分别对应1D2→1G4(~1 390 nm),3F4→3H4(~1 430 nm)和3F3→3H4(~1 480 nm)的跃迁.0.5l%PrCl3掺杂时该组分玻璃的发光强度最高,而且吸收峰和发光峰峰值位置比相应的硫系玻璃有蓝移.分析表明:吸收峰和发光峰的蓝移是由于硫卤玻璃的离子键性比相应的硫系玻璃的离子键性强,导致Pr3+的相应能级间隔增大.

Er^(3+)/Tm^(3+)共掺杂Ga_5Ge_(20)Sb_(10)S_(65)玻璃的发光特性及能量传递

采用高温熔融急冷法制备了系列Er3+/Tm3+共掺杂的Ga5Ge20Sb10S65玻璃,测试了样品的吸收光谱,以及分别在980 nm和800 nm LD激发下样品的荧光光谱。运用Judd-Ofelt理论计算了Er3+离子在Ga5Ge20Sb10S65玻璃中的强度参数Ωi(i=2,4,6)、自发辐射跃迁几率A和辐射寿命τ等光谱参数。掺杂Tm3+离子主要是为了降低Er3+:4I13/2的能级寿命,这是因为Er3+:4I13/2→Tm3+:3F4两个能级之间发生了能量传递,从而增加Er3+离子在4I11/2能级与4I13/2能级之间发生粒子数反转的可能。结果表明,Er3+/Tm3+共掺杂Ga5Ge20Sb10S65玻璃随着Tm3+离子浓度的增加,2.76μm处的中红外荧光先增强,然后有所减弱。

Tm^(3+)掺杂Ge-Ga-S玻璃微球-石英光纤锥耦合系统的荧光回廊模特性

以熔融淬冷法自制了Tm^(3+)掺杂Ge-Ga-S硫系玻璃,并以此为基质材料,用漂浮粉料熔融法制备了直径分布为50—200μm的高品质因数(Q>10~4)的有源硫系玻璃微球谐振腔.在显微镜下优选出一颗表面质量好、球形度较高、直径为72.84μm的微球,与氢氧焰扫描拉锥法制备的一根腰锥直径为1.93μm的石英光纤锥进行近场耦合.根据基质材料的吸收光谱特性,选用808 nm的半导体激光器作为抽运源.实验测得光纤锥倏逝波场激发出了掺Tm^(3+)硫系玻璃微球在1460 nm附近的荧光回廊模式,其典型共振峰间隔为4.39 nm.实验测得的荧光回廊模式与米氏散射理论计算结果符合度较高(最大误差仅为0.047%),验证了本文提出的掺Tm^(3+)硫系微球制备及耦合工艺的可行性.

晶粒尺寸调控Er^(3+)掺杂微晶玻璃上转换发光颜色的研究

首先,使用高温熔融冷却技术,制备了不同掺入比例的NaF,YF_3玻璃样品。然后将退火后的玻璃样品切割加工成15mm×15mm×3mm,实施抛光处理。最后,通过差热分析确定玻璃转变温度Tg、第一析晶峰Tx和玻璃整体析晶峰Tc等特征温度。将样品在600℃下热处理2h后,在玻璃样品中成功的析出了不同晶粒尺寸的NaYF4微晶。对样品进行了XRD,TEM和EDX的分析,可以确定不同样品中晶粒的尺寸与分布。结合样品荧光光谱和吸收光谱的分析,探讨了Er^(3+)在不同晶粒尺寸样品中的上转换发光特征,当晶粒尺寸由大变小时,Er^(3+)逐渐由红光发射转向绿光发射。通过析晶活化能的分析,确定了NaF可以改善玻璃网络结构,当NaF含量降低时,可以提高玻璃网络结构的完整性,增加玻璃样品的析晶活化能,降低了微晶玻璃样品的析晶能力,进而对微晶玻璃样品内微晶尺寸起到调节作用。因此:当样品中NaF含量较高时,晶粒尺寸较大,晶粒中的Er^(3+)浓度较高,使得Er^(3+)-Er^(3+)之间的交叉驰豫作用增强,导致Er^(3+)红光发射较强;相对应地,NaF含量较低时,晶粒尺寸较小,晶粒中Er^(3+)浓度较低及交叉弛豫减弱,因此,Er^(3+)绿光发射增强。通过改变玻璃组分,调节微晶玻璃中晶粒尺寸,实现了对Er^(3+)在微晶玻璃中发光颜色的调控。

Ga_(2)S_(3)-Sb_(2)S_(3)-Ag_(2)S硫系玻璃和光纤的制备及性能研究

本工作确定了一种新型的Ga_(2)S_(3)-Sb_(2)S_(3)-Ag_(2)S硫系玻璃体系的玻璃形成区,研究了玻璃的热稳定性和光学性能、稀土离子掺杂玻璃的中红外发光特性以及玻璃的成纤性能,评估了该玻璃在中红外波段的应用潜力.实验结果表明,Ga_(2)S_(3)-Sb_(2)S_(3)-Ag_(2)S体系的玻璃形成区为~10%—30%Ga_(2)S_(3),~60%—80%Sb_(2)S_(3)和~0—15%Ag_(2)S(均为摩尔分数);该玻璃具有较宽的红外透过范围(~0.8—13.5μm)、较高的线性折射率(~2.564—2.713@10μm)和较大的三阶非线性折射率(~9.7×10^(-14)—15.7×10^(-14)cm^(2)/W@1.55μm);使用1.32μm激光抽运,稀土离子Dy^(3+)在该玻璃中表现出较强的2.91μm和4.41μm中红外发射,发射量子效率分别达76.6%和70.8%;拉制的20Ga_(2)S_(3)-75Sb_(2)S_(3)-5Ag_(2)S:Dy^(3+)(质量分数为0.05%)/20Ga_(2)S_(3)-70Sb_(2)S_(3)-10Ag_(2)S (纤芯/包层)光纤在2—8μm具有良好的传输性能,最低损耗为~3.5 dB/m (@5.7μm).这些优异的性能使得该玻璃或光纤有望应用于红外热成像、非线性光学、中红外光纤激光器等领域.

Li2O掺杂对SiO2-Al2O3-MgO系玻璃结构和力学性能的影响

采用传统熔体冷却法制备了Li2O掺杂量(质量分数)为0~3.0%的SiO2-Al2O3-MgO玻璃,探讨了Li2O掺杂量对玻璃热稳定性、结构稳定性以及力学性能的影响。结果表明:掺杂Li2O能有效降低玻璃的软化温度;随着Li2O掺杂量的增加,玻璃的光学带隙先减小后增大,结构稳定性、热稳定性、力学性能先增强后减弱,当Li2O掺杂量为1.0%时,玻璃的结构最稳定、弯曲和压缩性能最优。

Tm^(3+)掺杂Ge-Ga-Se玻璃中红外发光特性与多声子弛豫分析

用熔融急冷法制备了系列不同Tm3+掺杂浓度的Ge30Ga5Se65玻璃样品,测试了样品折射率、拉曼光谱、吸收光谱以及800nm激光泵浦下的近红外及中红外波段荧光光谱和荧光寿命。用Judd-Ofelt理论计算了Tm3+在Ge30Ga5Se65玻璃中的强度参数Ωi(i=2,4,6)、自发辐射跃迁概率A、荧光分支比β和辐射寿命τrad等光谱参数。讨论了800nm激光泵浦下掺杂1Wt%Tm3+样品在近红外1.23,1.48和1.8μm处的发光特性及各量子效率,研究了800nm激光泵浦下的样品中红外荧光特性与掺杂浓度之间的关系,计算了常温下该基质玻璃中Tm3+:3H5→3F4跃迁对于3.8μm处的多声子弛豫速率Wmp和Ge30Ga5Se65玻璃基质中多声子弛豫常数W(0)和电子-声子结合常数α值。结果表明Ge30Ga5Se65硒基玻璃较低的声子能量可以大大降低稀土离子能级间跃迁的多声子弛豫概率,从而提高中红外荧光发光效率,因此硒基玻璃作为稀土离子的掺杂基质材料对实现中红外荧光输出是非常有利的。

Er^(3+)/Tm^(3+)共掺碲酸盐玻璃光谱特性及能量传递

采用高温熔融法制备了两系列不同掺杂比的Er3+/Tm3+共掺的碲酸盐玻璃,测试了样品的吸收光谱和在980nmLD激发下的发光光谱、上转换发光光谱及发光寿命。讨论了Er3+与Tm3+掺杂浓度对样品光谱性质的影响,Tm3+离子的掺入会减弱Er3+的1.53μm发光强度,但通过共振能量传递可以获得Tm3+的1.8μm发光,并随着Tm3+离子浓度的增加而增强。同时表明Tm3+离子的增加会减弱Er3+离子在528nm和545nm附近的上转换绿光强度,而上转换红光出现了先增强后减弱的现象。研究了Er3+/Tm3+共掺杂碲酸盐玻璃的能量传递机制与传递效率,分析了Tm3+/Er3+离子掺杂浓度比对上转换发光的影响。

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。

Tm^(3＋)掺杂GeGaSe和GeGaS玻璃的光谱特性和光谱参数计算

用熔融急冷法制备了Tm3+(1.0wt%)离子掺杂Ge30Ga5Se65和Ge30Ga5S65(mol%)玻璃,测试和分析了玻璃的吸收光谱和荧光光谱特性。根据吸收光谱,应用Judd-Ofelt理论计算分析了Tm3+在上述玻璃样品中的强度参数Ωt(t=2,4,6)以及Tm3+各能级的自发跃迁几率、荧光分支比和辐射寿命等光谱参数。

掺Er^(3+)的新型GeS_2-In_2S_3-CsI玻璃双光子吸收绿光上转换发光研究

用熔融急冷法制备了掺Er3+的80GeS2-10In2S3-10CsI(mol%)硫卤玻璃样品,研究了该样品的吸收光谱和上转换光谱,分析了Er3+离子在该玻璃中的上转换发光机理。应用Judd-Ofelt理论计算分析了Er3+离子在该样品中的强度参数Ωt(t=2,4,6)、自发辐射跃迁几率A、荧光分支比β等光谱参数。在980nmLD泵浦激发下,首次在该种玻璃中观察到强烈的绿光(527nm、548nm),分别对应于4H11/2→4I15/2和4S3/2→4I15/2的跃迁,且548nm绿光强度大于527nm绿光强度。同时研究了绿光(527nm、548nm)上转换发光强度随泵浦激发功率的变化,其发光曲线拟合斜率分别为1.90和2.06,表明绿光是双光子吸收过程。研究结果表明:掺Er3+含铟(In)硫系玻璃有望应用于可见光激光器、高密度光储存、三维色彩显示等领域。

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。