Yb^(3+)掺杂锂硅酸盐玻璃的近红外发光特性

为了研制高功率光纤激光器的掺镱纤芯材料,采用高温熔融法制备了0.70SiO_2-0.18Li_2CO_3-0.04MgCO_3-0.04BaCO_3-0.02Al_2O_3-0.02Yb_2O_3(摩尔分数)锂硅酸盐玻璃样品,测试了其吸收光谱和858nm激发下的荧光光谱,进一步对光谱和激光性能参量进行了理论计算。结果表明,样品的主荧光峰位于1036nm附近,荧光有效线宽为94.1nm,吸收截面为1.143pm^2,发射截面为1.024pm^2,荧光寿命为0.98ms,激发态最小的粒子数仅为0.042,最小抽运强度为0.76kW·cm^(-2)。与近年来相关文献中报道的镱掺杂玻璃相比,该掺镱锂硅酸盐玻璃在光谱及激光性能上比较有优势,有望在研制镱掺杂光纤中得到应用。

Yb^(3+)掺杂硅酸盐玻璃的制备及光谱性质

采用高温熔融工艺制备了Yb3+掺杂硅酸盐玻璃。玻璃的非线性折射率n2小(1.62),转变温度和软化温度低(分别为540℃和585℃)。测试了玻璃的吸收光谱和发射光谱,计算了Yb3+的积分吸收截面和受激发射截面及荧光寿命。吸收光谱曲线表明:吸收区域为850~1 100 nm,主峰位于975 nm,次峰位于908和944 nm;荧光光谱曲线表明:中心峰值为1 010 nm,荧光线宽为65.5 nm。积分吸收截面和受激发射截面及荧光寿命分别为3.44×104pm3,0.710 pm2,1.05 ms。玻璃的常规性能测试和光谱特性研究表明,所制备的玻璃材料能够满足激光玻璃的使用要求。

Ce^(3+)掺杂锂(硼、磷)硅酸盐玻璃的制备与荧光性质研究

采用熔体-淬冷法制备了Ce^(3+)离子掺杂锂(硼、磷)硅酸盐闪烁玻璃,采用紫外-可见透射、荧光分光法分别研究了Ce^(3+)离子掺杂锂硅酸盐、锂硼酸盐、锂硼硅酸盐、锂硼磷硅酸盐玻璃的紫外-可见透射、激发与发射性质。研究结果表明,在Ce^(3+)离子掺杂锂硅酸盐玻璃内引入一定量的B^(3+)、P5+离子,其紫外吸收截止边,紫外激发与发射光谱分别发生一定的红移与蓝移,紫外激发与发射光谱强度明显降低。

Tb^(3+)掺杂锂铝硅酸盐玻璃的光致发光和辐照致发光

采用熔融-淬冷法制备了Tb^(3+)掺杂锂铝硅酸盐闪烁玻璃,用紫外激发光谱、发射光谱及荧光寿命表征了光致发光性能,用X射线和阴极射线激发测试了辐射致发光性能。研究结果表明:低Tb^(3+)掺杂浓度时,随着其浓度增大,Tb^(3+)间的交叉弛豫增加导致了^(5)D_(3)→^(7)F_(j)跃迁的能量逐渐向^(5)D_(4)→^(7)F_(j)迁移转变,^(5)D 3激发态的荧光寿命和发射强度均明显下降,^(5)D 4^(7)F_(j)发射强度逐渐增大。较高Tb^(3+)浓度时,其浓度继续增加会提升非辐射比例,是荧光寿命降低和荧光猝灭的最主要原因。比较光致发光和辐照致发光性能,发现随着激发源的能量上升,会增加激发态^(5)D_(3)能级向^(5)D_(4)能级的能量转移,同时,由于玻璃的密度低会导致辐照致发光效率随激发源的能量上升而下降。

碱金属碱土金属对Yb^(3+)掺杂硅酸盐激光玻璃的物理和光学特性影响

高功率掺杂光子晶体光纤激光器受到国内外研究者的广泛关注,应用于掺杂光子晶体光纤纤芯的掺杂玻璃制备成为自主拉制掺杂光子晶体光纤,进而实现高功率激光器的国产化基础问题之一。通过高温熔融工艺制备了Yb3+掺杂浓度相同、基质碱金属和碱土金属成分不同的硅酸盐玻璃,计算并分析了碱金属、碱土金属对玻璃样品的物理性质、光谱性质和激光特性的影响。结果表明:Yb3+-SiO2-Li2O-MgO-CaO-BaO-Al2O3多组分硅酸盐玻璃是优质的Yb3+掺杂光子晶体光纤的纤芯材料之一,为后期制备双包层Yb3+掺杂光子晶体光纤激光器的纤芯材料提了供理论和实验依据。

Yb^(3+)掺杂硅酸盐玻璃光谱特性的研究

采用高温熔融工艺制备了Yb3+掺杂硅酸盐玻璃。转变温度和软化温度分别为593.2℃和783.4℃。测试了玻璃的吸收光谱和发射光谱,采用Fuchbauer-Ladenburger(F-L)方法计算了Yb3+的积分吸收截面和受激发射截面及荧光寿命。玻璃的常规性能测试和光谱特性研究表明,所制备的玻璃材料能够满足光纤预制棒的使用要求。

掺Yb^(3+)锂硅酸盐玻璃组分与光谱性质的研究

采用高温熔融工艺制备了Yb3+掺杂锂硅酸盐玻璃,玻璃的组分为SiO2-Li2O-Na2O-MgO-CaO-BaO-A l2O3-Yb2O3。经过理论和实验分析,我们得出该组分的最佳比例为70SiO2-18Li2O-8MgO-2A l2O3-2Yb2O3mol%,它具有较高的发射截面和较长的荧光寿命,并随着修饰体阳离子场强增大,配位体之间位置的有序化降低,即格位的对称性下降,因此吸收截面和发射截面逐渐增大,荧光寿命降低。

Ho^(3+)单掺杂及其与Yb^(3+)、Er^(3+)共掺杂硼硅酸盐玻璃上转换发光的光谱分析

采用高温固相烧结法制备了Ho^(3+)单掺杂、Ho^(3+)/Yb^(3+)共掺杂、Ho^(3+)/Er^(3+)共掺杂和Ho^(3+)/Yb^(3+)/Er^(3+)共掺杂等系列硼硅酸盐玻璃,测量了样品的激发光谱和发射光谱。结果表明:Ho^(3+)单掺杂样品的激发光谱与发射光谱的强度随其浓度增加而逐渐减弱,原因是高浓度掺杂导致Ho^(3+)离子产生猝灭效应;Ho^(3+)/Yb^(3+)共掺杂玻璃由于Yb^(3+)离子的敏化作用,光谱强度增强;Ho^(3+)/Yb^(3+)/Er^(3+)共掺杂样品中Ho^(3+)离子向Er^(3+)离子发生能量传递,Ho^(3+)离子的激发光谱和发射光谱强度均减弱。同时讨论了峰值波长为550nm宽带发射峰的发光机制。

Er^(3+)/Eu^(3+)及Yb^(3+)/Er^(3+)/Eu^(3+)共掺杂硼硅酸盐玻璃的上转换发光分析

采用高温固相烧结法制备了Er3+/Eu3+共掺杂和Yb3+/Er3+/Eu3+共掺杂系列硼硅酸盐玻璃样品。在978 nm半导体激光器抽运下,测量了样品的光致发光谱,分析了上转换机制。结果表明:随着Er3+浓度的增加,Eu3+的595 nm光谱强度增强;Eu3+的692 nm光谱强度随Yb3+浓度增加而增强,并明显强于595 nm光谱。Er3+/Eu3+、Yb3+/Eu3+之间的能量传递和合作上转换等机制导致Eu3+离子上转换发射。

Yb3＋掺杂硅酸盐激光玻璃的制备及其特性研究

为了制备Yb^(3+)掺杂硅酸盐激光玻璃,并对其激光特性进行分析,采用富氧气氛下的非化学气相沉积高温熔融工艺,通过Fuchbauer-Ladenburger方法,进行了理论分析和实验验证,取得了所制备硅酸盐激光玻璃的吸收光谱和荧光光谱数据。结果表明,在850nm～1100nm近红外波段为吸收区域,有一宽带吸收峰;吸收主峰位于978nm,次峰位于919nm;其荧光主峰位于1018nm,次峰位于970nm,并理论计算了Yb^(3+)的吸收截面面积、受激发射截面面积及其荧光寿命等特征参量。这一结果对硅酸盐激光玻璃的特性分析是有帮助的,所制备的玻璃材料能够满足激光玻璃的使用要求。

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.

Yb^(3+)/Tm^(3+)共掺的硅酸盐玻璃上转换发光性能

采用高温熔融法制备了掺杂不同比例Yb^(3+)和Tm^(3+)的硅酸盐玻璃。吸收光谱表明,Yb^(3+)和Tm^(3+)在300~1 100 nm的吸收过程彼此不干扰。研究了玻璃样品在980 nm LD泵浦下的上转换发光行为,结果表明:Yb^(3+)/Tm^(3+)在477 nm(1G4→3H6)发射强烈的上转换蓝光,在654 nm(1G4→3F4)发射较弱的红光,在795 nm(3H4→3H6)发射微弱的红外光。提高Yb^(3+)的比例均能够提高477 nm蓝光、654 nm红光和795 nm红外光的发射强度。研究分析了上转换发光强度与激光器泵浦功率之间的关系,结果表明上转换蓝光和红光发射均为三个光子过程,红外光发射为两个光子过程。分析了Yb^(3+)、Tm^(3+)在硅酸盐玻璃中上转换发光的机制。

Tb^3＋掺杂硅酸盐玻璃发光性能的浓度依赖关系

利用高温熔融法制备了不同浓度的Tb3+掺杂硅酸盐玻璃,并分别测量了紫外和X射线激发时的发射光谱。光谱结果表明,不同浓度Tb3+掺杂硅酸盐玻璃在紫外和X射线激发时发光行为具有相似的浓度依赖关系:低浓度Tb4O7掺杂时主要以蓝光(5D3→7FJ)发射为主,而高浓度掺杂时以绿光(5D4→7FJ)发射为主。Tb3+发光强度与掺杂浓度的关系分析表明,5D3的浓度猝灭是电偶极-电偶极相互作用引起的,而5D4的浓度猝灭是交换相互作用引起的。

Li^＋对Tb^3＋掺杂硅酸盐玻璃闪烁性能的影响

利用高温熔融法制备了Li+掺杂Tb3+激活硅酸盐闪烁玻璃。通过Li+掺杂Tb3+激活硅酸盐玻璃的紫外可见透射光谱、发射光谱和发光衰减时间谱,研究了Li+的加入对Tb3+掺杂硅酸盐玻璃发光性能的影响。结果表明:适量Li+的加入可有效增强Tb3+激活硅酸盐玻璃的发光强度,且相比于不掺杂Li+的Tb3+掺杂硅酸盐玻璃而言,当掺入质量分数为2.0%的Li+时,Tb3+在玻璃中的最佳掺杂质量分数由12.8%提高至15.3%。其原因是Li+掺杂增加了玻璃体系中非桥氧的数量,从而有利于改善Tb3+在玻璃体中的均匀性,降低Tb3+间因非辐射跃迁而引起的能量损失,以及提高Tb3+的最佳掺杂质量分数。但当掺入Li+的质量分数超过2.0%时,会对Tb3+激活硅酸盐玻璃的闪烁光强产生负面影响,这是因为过多的非桥氧阻碍了X射线激发能达到Tb3+离子的能量传递。

Tm^3＋-Yb^3＋共掺氧氟硅酸盐玻璃热学性能和上转换发光特性研究

稀土掺杂氧氟玻璃是一种优良的上转换发光材料，制备了组分为35SiO2—15AlO1.5-（45-x）PbF2-xCdF2—0．1TmF3—1．5YbF3（x=0，10，20，30）的氧氟硅酸盐玻璃，系统研究了CdF2含量对其热学性能和光学性能的影响。研究表明用CdF2部分替代PbF，可以提高玻璃的热稳定性、使紫外吸收截至边向短波方向移动；随着CdF2含量的增加，开始Tm^3＋蓝光和红光上转换发光增强缓慢，而后迅速增强．而近红外上转换发射先显著增强后增强放缓；由于蓝光和近红外发光强度远大于红光发光强度，所以该氧氟玻璃更适合于蓝光和近红外发光材料。最后，探讨了Tm^3＋的上转换发光机理。

掺Yb3+硅酸盐玻璃的制备和光谱特性

为了研究用于高功率激光器的掺Yb3＋激光玻璃的制备和光谱特性，采用高温熔融工艺制备了两块碱金属元素含量不同的掺Yb3＋硅酸盐激光玻璃，利用相应的光谱仪器测试了两块玻璃样品的吸收光谱和荧光光谱；分析了不同碱金属离子对吸收系数和荧光强度的影响；比较了倒易法和Fuchtbauer—Ladenburg（F—L）法两种不同方法得到的受激发射截面图，得到了Yb3＋掺杂玻璃的各个光谱参量和激光参量。结果表明，随着碱金属离子半径的增大，吸收系数和荧光强度减小；样品的吸收截面图与倒易法计算所得的受激发射截面图相似，而与F—L法计算所得的受激发射截面图差别较大，并且倒易法发射截面图中主峰波长较F-L法发射截面图的主峰波长蓝移；最终样品1的增益性能比较好。

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%.

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。

Eu^(3+)掺杂氟氧硅酸盐玻璃的光谱分析

制备了具有高效可见荧光发射的Eu3+掺杂氟氧硅酸盐玻璃(NBZASB),测试分析了玻璃的吸收和荧光光谱。根据Judd-Ofelt理论对吸收光谱进行拟合,求得Eu3+的晶场调节参数Ωt(t=2、4、6时)分别为6.98×10-20cm2,5.90×10-20cm2、1.65×10-20cm2,并进一步计算出各能级跃迁的谱线强度、自发辐射跃迁几率、辐射寿命和荧光分支比等光谱参数。在紫外光激发下,Eu3+掺杂NBZASB玻璃发出明亮的红色光。激发光谱表明,氩离子激光器和紫外、蓝色激光二极管及发光二级管是Eu3+掺杂NBZASB玻璃的有效激发光源。

新型低密度短寿命铈单掺硼硅酸盐玻璃闪烁材料

硼硅酸盐玻璃在探测领域作为闪烁基质材料具有天然的优势。本研究基于应用需求制备了Ce^(3+)离子掺杂硼硅玻璃闪烁材料60B_(2)O_(3)‐6SiO_(2)‐3Al_(2)O_(3)‐5BaO‐15Na_(2)O‐10La_(2)O_(3)‐1Sb_(2)O_(3)。基于密度和FT‐IR光谱对玻璃的结构进行了分析,结果表明加入的Ce^(3+)离子作为网络修饰体存在。吸收光谱显示该材料紫外吸收边均低于400 nm、光学带隙缩短至2.93 eV,这些因素都有利于提升Ce^(3+)离子在基质材料中的发光特性。采用306 nm泵浦波长,该材料在372 nm处得到了最佳的发射光谱。光学碱度随着Ce^(3+)离子浓度的增加而增加(0.5392~0.5417)的现象与发射光谱的红移结果相吻合。荧光寿命短至24.39 ns,与其他Ce^(3+)离子掺杂玻璃闪烁材料相比具有明显的优势。这些优势为检测领域提供了一种新的材料选择。