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.

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.

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.

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。

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%.

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。

Ho3+\Yb3+\Tm3+\Ce3+共掺铋碲酸盐玻璃的2μm发光性能

通过高温熔融法制备了Ho3+\Yb3+\Tm3+\Ce3+共掺铋碲酸盐玻璃(60Bi2O3-20TeO2-10ZnO-10BaF2)并测试分析了其热稳定性、拉曼散射性能、吸光性能与受激发射性能。研究了Ce3+浓度对2μm发光的影响。根据Judd-Ofelt理论,分析计算了Ho3+的各项光谱参数,计算了Ho3+的吸收截面与发射截面。研究结果表明,在980nmLD激发下,当掺杂0.6mol%Ce3+时,2μm发射峰强度增加60%。Ho3+∶5I7能级的寿命达5.02ms,2μm处的最大发射截面为0.49×10-20cm2。这些性能表明Ho3+\Yb3+\Tm3+\Ce3+共掺铋碲酸盐玻璃是一种良好的2μm激光玻璃。

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。

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。

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。

Ho^(3+)/Tm^(3+)共掺Ge-Ga-S-CsI玻璃的2.0μm中红外发光特性的研究

用熔融急冷法制备了系列Ho3+/Tm3+共掺的78GeS2-12Ga2S3-10CsI玻璃样品,测试了样品的吸收光谱以及808 nm激光泵浦下的2μm中红外荧光光谱。用Judd-Ofelt理论计算了Ho3+离子在78GeS2-12Ga2S3-10CsI硫卤玻璃中的强度参数Ωi(i=2,4,6)、自发辐射跃迁概率Arad和辐射寿命rτ等光谱参数,以及Ho3+离子在2μm处的吸收截面aσ、发射截面eσ和增益系数G(λ)。讨论了808 nm激光泵浦下的样品中红外荧光特性与Tm3+离子掺杂浓度之间的关系,分析了Tm3+和Ho3+之间的能量转移机制。结果表明,Ho3+/Tm3+共掺的78GeS2-12Ga2S3-10CsI玻璃是一种理想的2μm激光基质材料。

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。

Yb^(3+)/Tm^(3+)共掺Y_2(MoO_4)_3的上转换发光

采用水热法制备了Yb^(3+)/Tm^(3+)共掺Y2(Mo O _4)_3系列上转换发光粉。由于Tm^(3+)在980nm附近没有吸收,单掺Tm^(3+)的样品观测不到任何发射。引入Yb^(3+)后,借助Yb^(3+)对980nm红外光的吸收和Yb^(3+)到Tm^(3+)的能量传递,在可将光区观察到源自Tm^(3+)的蓝光和红光。这两个波段的发射随着Yb^(3+)和Tm^(3+)的浓度增加均呈现先增强后减弱的变化规律,8%和0.5%对应Yb^(3+)和Tm^(3+)的最佳掺杂浓度。上转换发射的功率关系研究表明,蓝、红光均为三光子过程,因此二者的产生过程为连续三步Yb^(3+)到Tm^(3+)的能量传递。

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.

Tm^(3+)/Dy^(3+)共掺硫卤玻璃中红外发光和能量传递研究

用熔融急冷法制备了系列Tm3+/Dy3+共掺0.9(Ge25Ga5S70)-0.1CsI硫卤玻璃,测试了样品的吸收光谱以及800 nm激光泵浦下中红外荧光光谱特性。结果表明:Tm3+离子的引入能够有效提高Dy3+离子2.9μm中红外荧光强度。当Tm3+离子掺杂浓度固定,随着Dy3+离子掺杂浓度的增加,Tm3+:3F4→3H6跃迁产生的1.8μm荧光强度和荧光寿命明显单调下降,Tm3+:3F4→Dy3+:6H11/2能量传递为Tm3+/Dy3+之间能量转移的主要途径。由于Tm3+:1.8μm荧光发射光谱与Dy3+:6H15/2→6H11/2的吸收光谱之间存在较大的重叠区,Tm3+/Dy3+之间有效的能量传递主要来源于Tm3+:3F4能级向Dy3+:6H11/2能级的共振能量传递。

基于气炼法Yb^(2+)/Yb^(3+)共掺石英玻璃制备及光谱特性的研究

提出利用气炼法制备Yb^(2+)/Yb^(3+)共掺石英玻璃,通过增加辅助加热装置来控制Yb^(3+)和Yb^(2+)离子间的转化过程,并对不同条件下制备的Yb^(2+)/Yb^(3+)共掺石英玻璃的吸收特性和发射特性进行了研究。由于Yb2+离子的4f^(14)→4f^(13) 5d能级跃迁,经过辅助加热制备的Yb^(2+)/Yb^(3+)共掺石英玻璃有着更强的吸收强度和更多的吸收峰,并且其吸收光谱的尾部向更长波长延伸,同时也可观察到Yb^(3+)离子典型的吸收特性。经过辅助加热制备的Yb^(2+)/Yb^(3+)共掺石英玻璃的主发射峰位于530 nm左右,经色作标换算得到所制备玻璃的色坐标为(0.332 2,0.476 7),落在白光区域。研究结果表明,所制备的Yb^(2+)/Yb^(3+)共掺石英玻璃是一种白光LED的潜在材料。

Tm^(3+)/Ho^(3+)共掺碲酸盐微结构光纤激光器

用棒管法拉制了Tm3+/Ho3+掺杂的碲酸盐微结构光纤,并获得了2μm的激光输出。以1 560 nm的Er3+掺杂石英光纤激光器作为泵浦源,在22 cm长的微结构光纤中,得到了最大功率为8.34 m W、波长为2 065 nm的连续激光输出,泵浦光功率为507 m W,斜率效率为2.97%。研究结果表明,Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐微结构光纤是一种用于研制2μm激光器的理想材料。

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。

Tm^(3+)掺杂和Tm^(3+)/Ho^(3+)共掺2.0μm波段激光晶体研究

2.0μm波段激光在医疗、环保和军事等领域具有十分重要的用途。采用半导体激光泵浦Tm3+掺杂及Tm3+/Ho3+共掺的晶体是实现2.0μm波段激光的主要途径。本文概述了几类用于2.0μm波段激光增益材料的典型晶体,重点介绍了本课题组近年来在探索新型2.0μm波段激光晶体方面的一些研究成果。