掺WO_(3)对碲酸盐玻璃热稳定性改善和Er^(3+)/Yb^(3+)掺杂碲钨酸盐玻璃光谱性能的研究

为得到热稳定性能良好且高强度发光的碲酸盐玻璃,通过在TeO_(2)-ZnO-Na_(2)O系统中掺入WO_(3),以提高玻璃的抗析晶和热稳定性能。研究结果表明,碲酸盐玻璃的ΔT从不掺WO_(3)的110℃增加到了WO_(3)含量为20 mol%时的142℃。在热稳定性研究的基础上,进一步分别研究了单掺Er^(3+)和Er^(3+)/Yb^(3+)共掺的碲钨酸盐玻璃的光谱性质。研究结果表明,在Er^(3+)/Yb^(3+)共掺条件下,Er^(3+)/Yb^(3+)之间的能量传递提高了Er^(3+)离子对980 nm泵浦光的吸收效率,增强了1.5μm波段发光强度,最终得到了具有高强度1.5μm波段发光的Er^(3+)/Yb^(3+)共掺碲钨酸盐玻璃,初步证明共掺方式是实现1.5μm波段高强度发光的有效方法。

Er^(3+)/Nd^(3+)/Tm^(3+)共掺碲酸盐玻璃近红外发射和能量传递机理

为满足通信网络飞速发展对密集波分复用系统(DWDM)传输容量需求的不断增加,对DWDM系统核心器件掺铒光纤放大器(EDFA)性能的要求也越来越高。碲酸盐玻璃因其具有稀土离子溶解度高,声子能量低和高折射率等优点已成为替代传统掺铒石英光纤的理想材料。掺稀土碲酸盐玻璃可以作为宽带光纤放大器的理想增益介质来实现信号有效放大,因此提高掺铒碲酸盐玻璃光谱性能并拓展其放大带宽对DWDM系统扩容具有重要意义。通过Er^(3+)、Nd^(3+)和Tm^(3+)共同掺杂提高碲酸盐玻璃的放大带宽以获得超宽带发光。Er^(3+)、Nd^(3+)和Tm^(3+)分别通过跃迁产生1.55、1.34和1.85μm波段的发光,且三个近红外发射波段基本相邻。采用三种离子共掺的方式,通过离子间发生能量传递(ET)来实现碲酸盐玻璃在连续光谱中的发光。在TeO_(2)-WO_(3)-ZnO-Na_(2)O-Er_(2)O_(3)碲酸盐玻璃中,先进行Er^(3+)/Nd^(3+)掺杂,分析Er^(3+)/Nd^(3+)间能量传递机理,得到Er_(2)O_(3)、Nd_(2)O_(3)掺杂浓度分别为1、0.1 mol%时玻璃发光强度较佳。再进行不同Tm^(3+)浓度下的Er^(3+)/Nd^(3+)/Tm^(3+)三种离子掺杂,最后采用高温熔融退火法制备得到热稳定性能良好的Er^(3+)/Nd^(3+)/Tm^(3+)掺杂碲酸盐玻璃。Er^(3+)、Nd^(3+)和Tm^(3+)间发生能量传递,在1250~2100 nm范围内产生了发光中心为1.3、1.5和1.8μm的三个波段发光,覆盖了整个O、E、S、C、L和U波段。1.5μm处的荧光半高宽(FWHM)增加到131.68 nm,1.8μm处的FWHM高达251.75 nm。详细分析了三种稀土掺杂时稀土离子之间的能量传递过程机理。光谱结果表明,当Er_(2)O_(3)、Nd_(2)O_(3)、Tm_(2)O_(3)掺杂浓度分别为1、0.1、0.2 mol%时,Er^(3+)/Nd^(3+)/Tm^(3+)三掺碲酸盐玻璃是超宽带光纤放大器设计的一种有效材料。

Er^(3+)/Tm^(3+)共掺碲酸盐玻璃1.8μm波段光谱特性研究

为分析Er^(3+)/Tm^(3+)共掺碲酸盐玻璃的发光性能,得到1.8μm处的高强度发光。采用熔融退火法,制备了Tm_(2)O_(3)掺杂浓度(摩尔百分数)为0.25%、0.5%、1%、1.5%和2%的75TeO_(2)-20ZnO-5La_(2)O_(3)-0.5Er_(2)O_(3)碲酸盐玻璃。对碲酸盐玻璃进行吸收光谱的测定,同时研究其在1.8μm波段的光谱特性。吸收光谱测试结果表明:碲酸盐玻璃在800 nm附近的吸收峰为Er^(3+)的4 I_(15/2)→4 I_(9/2)跃迁和Tm^(3+)的^(3) H_(6)→^(3) H_(4)跃迁的叠加,说明两种稀土离子都得到了很好的溶解混合;发射光谱在1200—2200 nm范围内,在1.53和1.8μm处出现了发射峰,且1.53μm处的发光远弱于1.8μm处的;1.8μm处的发射峰是Tm^(3+)离子在^(3)F_(4)→^(3)H_(6)跃迁产生的,由峰值波长分别为1740和1857 nm的分解谱线组成,此时该玻璃发生了荧光俘获效应,随着Tm_(2)O_(3)掺杂浓度的增加,1740 nm处分解谱线的相对强度逐渐降低,而1857 nm处分解谱线相对强度逐渐增大。该玻璃同时具有较大的受激吸收截面以及发射截面,有望成为一种新型的2μm波段的激光玻璃材料。

Er^(3+)/Yb^(3+)/Tm^(3+)/Pr^(3+)共掺碲酸盐玻璃超宽带近红外发光性能研究

采用熔融淬火技术制备了0.2mol%Er_(2)O_(3)、1mol%Yb_(2)O_(3)、0.1mol%Tm_(2)O_(3)和x mol%Pr_(6)O_(11)(x=0.25、0.3、0.35和0.4)掺杂的65TeO_(2)-15ZnO-10Na_(2)O-10WO_(3)系碲酸盐玻璃,通过X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、差热扫描曲线(differential scanning calorimetry,DSC)对玻璃样品的抗析晶性和热稳定性进行了表征。结果表明,玻璃样品具备良好的抗析晶性,析晶温度和转变温度差值为140℃,具有较好的热稳定性。吸收光谱结果显示,Er^(3+)/Yb^(3+)/Tm^(3+)/Pr^(3+)共掺碲酸盐玻璃在980nm处有较强的吸收峰,故可以采用980nm泵浦源对该玻璃样品进行激发。在1200—2000nm近红外波段范围,玻璃样品存在峰值中心为1.35μm、1.53μm和1.8μm 3个波段发射峰,且3个发射峰的荧光半高宽(full width at half maxima,FWHM)均大于100nm,其覆盖了光信号传输的E、S、C和C+L 4个波段,大幅度地提高了掺铒光纤放大器(erbium doped fiber amplifier,EDFA)的放大带宽。