玻璃基质与纳米颗粒相互影响的光谱学研究

通过低温选择激发玻璃陶瓷中的LaF3:Tm3+的1D2能级,成功地分开了两种局域环境中Tm3+离子的发射谱,使一些频率的发射谱仅来自于晶相,而另一些则仪来自于玻璃相.讨论了玻璃陶瓷中形成玻璃的氧化物和以晶相析出的氟化物之间的相互作用对两种局域环境中Tm3+离子的光学性能的影响.结果表明:晶粒较大时,氧化物玻璃对处于纳米晶体局域环境的稀土离子的影响减弱,纳米晶体对处于氧化物玻璃局域环境的稀土离子的影响增强;晶粒较小时,氧化物玻璃和晶粒接触面的增加会降低处于纳米晶体局域环境的稀土离子的发光效率,但纳米晶体对处于氧化物玻璃局域环境的稀土离子的影响减弱.晶粒越大,氧化物玻璃对处于纳米品体局域环境的稀土离子的发光影响越小,发光性能越好.玻璃基质中SiO2的含量能影响两种局域环境的Tm3+离子发光效率.     

Cr4+掺杂Li1.14Zn1.43SiO4透明微晶玻璃近红外宽带光谱特性

采用高温熔融法和热处理制备了Cr⁴⁺掺杂Li_1.14Zn_1.43SiO₄微晶玻璃, 探讨了不同热处理温度下样品的物相、微观形貌及发光性能. 结果表明: 580℃热处理2h得到的微晶玻璃, Li_1.14Zn_1.43SiO₄微晶的粒径约为5nm, 在808nm的二极管激发下, 可观察到中心波长位于1226nm, 半高宽为230nm的近红外宽带发射峰, 荧光寿命约为200.73±1.71μs. 随着热处理温度的升高, Cr⁴⁺离子所处的晶体场环境发生了变化, 且可以观察到样品吸收光谱发生微弱的蓝移, 而荧光光谱发生少量的红移, 分析了晶体场环境变化对样品发光性能的影响. 关键词： 铬离子 微晶玻璃 超宽带发光 晶体场     

稀土离子在KMnF3纳米晶复合玻璃中的微观分布机理

具有单(纯)色上转换荧光发射特性的发光材料,有望在三维显示、照明、生物成像、促进植物生长以及提高太阳能电池光电转换效率等领域得到应用,受到研究人员的广泛关注.本研究通过玻璃热处理析晶的方法,在稀土离子Yb³⁺/Er³⁺共掺的氟硅酸盐玻璃中原位生长出了钙钛矿型的KMn F₃氟化物纳米晶体,并观测到了显著增强的高单色性上转换红色发光.采用具有高分辨率的透射电子显微测试分析技术和第一性原理计算相结合,研究了稀土离子在KMn F₃纳米晶复合微晶玻璃中的掺杂机制,并讨论了稀土离子微观分布和能量传递效应对其上转换发光性能的影响.实验结果表明:稀土离子将通过优先取代KMn F₃晶体中K~+格位的方式选择性富集在具有低声子能量的氟化物纳米晶体中,并由此获得显著增强的上转换发光强度.     

Ga2S3-Sb2S3-Ag2S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Ga₂S₃-Sb₂S₃-Ag₂S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,Ga₂S₃-Sb₂S₃-Ag₂S体系的玻璃形成区为～10%—30%Ga₂S₃,～60%—80%Sb₂S₃和～0—15%Ag₂S(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 cm²/W@1.55μm);使用1.32μm激光抽运,稀土离子Dy...     

彩色透明微晶玻璃的吸收光谱

在Li2O-Al2O3-SiO2系统玻璃中掺入少量晶核剂TiO2,ZrO2,P2O5，再掺入稀土离子和过渡金属离子作为着色剂，在高温下溶制得到彩色透明玻璃，对上述玻璃进行微晶化处理，用差热分析（DTA）确定其晶化温度，测定与讨论了所获彩色透明微晶玻璃在紫外波段至近红外波段的吸收光谱特性，研究结果表明，玻璃微晶化后，由于基质玻璃对光的微弱散射，引起吸收的增强，但不改变稀土离子和过渡金属离子的本征吸收峰位。     

Ho~(3+)/Yb~(3+)共掺杂玻璃陶瓷50SiO_2-50PbF_2的上转换及中红外发光特性

玻璃陶瓷又称为纳米微晶玻璃,是玻璃基质中包含约10nm的纳米微晶。在稀土掺杂的玻璃陶瓷中,稀土主要掺杂在氟化物纳米晶中。这种材料在发光应用中具有氟化物和氧化物的优点,是上转换发光和中红外发光效率高的基质材料。研究Ho3+/Yb3+共掺杂的玻璃陶瓷(50SiO2-50PbF2-1.0YbF3-0.5HoF3)的上转换和中红外发光性质。玻璃陶瓷吸收光谱的半高宽比玻璃前驱物更窄,而且长波吸收峰的Stark劈裂更加明显,表明稀土离子掺杂在晶体中。通过吸收光谱计算了J-O参数,Ω2值(0.17×10-20 cm2)比氟化物玻璃ZBLA(2.28×10-20 cm2)的低很多。在980nm激光激发下,Ho3+/Yb3+共掺杂的玻璃陶瓷有很强的绿光上转换荧光和蓝光、红光上转换荧光。与玻璃相比,绿光和蓝光光强增强明显,而红光基本不变。玻璃陶瓷中的Ho离子掺杂在声子能量低的PbF2晶体中,低的声子能量使发光能级的无辐射弛豫率降低,从而增加了绿光和蓝光的上转换效率。低的无辐射弛豫率同时也降低了红光上转换中间能级(5 I7)的粒子数布居,因此红光上转换没有增强。在980nm激光激发下Ho3+/Yb3+共掺杂的玻璃陶瓷有很强的2.9μm中红外荧光,而在玻璃前驱物中观察不到中红外荧光。     

Eu3+离子在微晶玻璃研究中的探针作用

制备出单掺Eu3+离子的氟氧化物玻璃陶瓷系列样品,利用Eu3+离子作为荧光探针,通过热处理前后Eu3+离子发射光谱中电偶极子跃迁与磁偶极子跃迁强度比值的变化表征在玻璃材料中微晶是否形成,分析了Eu3+离子荧光发射谱中电偶极子跃迁与晶体场对称性的关系,进一步表征了稀土离子所处微晶晶格场的变化.     

铝对过渡金属离子掺杂的二氧化硅溶胶凝胶玻璃发光性质的影响

用溶胶凝胶法制备了过渡金属离子(Ni2+,Mn2+和Cu2+)单掺、铝共掺的二氧化硅玻璃,测量了荧光光谱、吸收光谱和红外光谱,研究了Al3+对过镀金属离子在二氧化硅玻璃中发光性质的影响。研究结果表明,Al3+对过渡金属离子的发光性质有着显著影响:Ni2+,Mn2+和Cu+的发光强度大幅度提高,Mn2+的发光峰峰位改变。     

Eu3+离子在微晶玻璃研究中的探针作用

制备出单掺Eu³⁺离子的氟氧化物玻璃陶瓷系列样品，利用Eu³⁺离子作为荧光探针，通过热处理前后Eu³⁺离子发射光谱中电偶极子跃迁与磁偶极子跃迁强度比值的变化表征在玻璃材料中微晶是否形成，分析了Eu³⁺离子荧光发射谱中电偶极子跃迁与晶体场对称性的关系，进一步表征了稀土离子所处微晶晶格场的变化. 关键词： 微晶玻璃 探针 3+离子')" href="#">Eu³⁺离子     

Tb3+掺杂PbF2基氟氧微晶玻璃的发光性能

采用高温熔融法和热处理工艺制备出一种Tb3+掺杂的PbF2基玻璃和微晶玻璃。经XRD分析发现,微晶玻璃内析出了PbF2颗粒,微晶团聚体平均尺寸约为15～75μm。在378 nm紫外光和X射线激发下,掺Tb3+的微晶玻璃与未经热处理的玻璃样品比较,微晶玻璃的发光强度增加了数倍,因而提出PbF2微晶的析出是微晶玻璃发光增强的主要原因。     

Er,Yb:YAG微晶玻璃发光特性的研究

高温熔制Er³⁺，Yb³⁺离子掺杂CaO-Y₂O₃-Al₂O₃-SiO₂系统玻璃，并进行微晶化处理，研究了微晶玻璃中Er³⁺离子的发光及上转换发光特性，分析了微晶玻璃上转换发光机理.结果表明：原始玻璃经热处理得到了Er,Yb:YAG微晶玻璃，微晶玻璃中Er³⁺离子在室温下⁴I_13/2→⁴I_15/2跃迁产生横盖1450—1650nm区间的超宽带荧光，荧光半高宽达180nm，这可能由于YAG微晶相中Er³⁺离子与玻璃相中残留Er³⁺离子的共同发光；Er³⁺与Yb³⁺离子局域基质声子能量的降低使微晶玻璃Er³⁺离子上转换发光强度与原始玻璃相比显著提高，绿光、红光上转换荧光强度比玻璃样品分别增强约7和3倍；微晶化后Er³⁺，Yb³⁺离子局域环境发生变化也导致微晶玻璃中Er³⁺离子绿光、红光上转换发光相对强度发生变化. 关键词： 铒 镱:钇铝石榴石 微晶玻璃 荧光光谱     

Tm3+/Ho3+共掺镓铋酸盐玻璃1.47 μm发光特性和能量传递的研究

报道了Tm3+/Ho3+共掺的镓铋酸盐玻璃14Ga2O3-25Bi2O3-20GeO2-31PbO-10PbF2玻璃1.47μm(S波段)发光和能量传递特征,应用Judd-Ofelt理论计算了玻璃的强度参数Ω,(t=2,4,6),自发辐射概率 A、荧光分支比β,荧光辐射寿命τ等各项光谱参数以及有效荧光线宽△λeff和峰值发射截面σpeake.通过测量荧光光谱和荧光寿命研究了Ho3+离子掺杂浓度对Tm3+离子1.47μm波段发光性能的影响,分析了Tm3+和Ho3+之间的能量传递过程.结果表明一定浓度内Ho3+的共掺迅速降低了Tm3+:3 F4能级的粒子数,而对3H4能级粒子数影响不大,从而降低了3F4和3H4能级间布居数反转的难度,极大地提高了1.47 μm发光效率.研究表明镓铋酸盐玻璃是适用于S波段光纤放大器的一种潜在基质材料,而掺杂一定浓度的Ho3+离子有利于提高Tm3+离子在1.47μm波段的发光效率.     

白光LED用Ce3/Sm3共掺玻璃和微晶玻璃的发光特性及能量传递研究

采用高温熔融法制备了一系列Ce3+/Sm3+共掺透明微晶玻璃,并研究了其发光特性.在微晶玻璃中Ce3+呈现出基于4f 5d跃迁的较强的宽带蓝光发射,通过调节Ce3+/Sm3+离子的掺杂浓度,Ce3+/Sm3+离子共掺微晶玻璃发光的色度逐渐发生变化,当CeO2/Sm2O3掺杂的量比为1∶1时,制得的微晶玻璃发光色坐标为(0.315,0.296).通过光谱和荧光衰减曲线,研究了Ce3+离子到Sm3+离子的能量传递,在SAZKNGC0.6S0.6微晶玻璃中,Ce3+离子向Sm3+离子传递能量效率约为20%.结果表明,Ce3+/Sm3+共掺微晶玻璃是白光LED的一种潜在基质材料     

Ge30Sb8Se62硫系玻璃的制备及其10.6μm低损耗空芯光子带隙光纤的设计

硫系玻璃光子晶体光纤在中远红外激光传输领域具有广阔的应用前景。制备了红外波段具有优良透过特性的Ge30Sb8Se62硫系玻璃,并以此为基质材料设计了一种适合于高功率中红外激光传输的带隙型光子晶体光纤。利用平面波展开法和有限元法分析了不同结构下该光纤的光子带隙、模场面积和限制损耗特性。通过优化光纤的结构参数,获得了在10.6μm处限制损耗小于0.1dB/m的大模场(模场面积大于100μm2)光子晶体光纤。     

锗酸盐玻璃中Yb3+/Tm3+/Ho3+掺杂浓度对2 μm发光的影响

为了研究锗酸盐玻璃中采用Yb3+/Tm3+/Ho3+三掺杂方式实现2 μm激光的可行性,研究了3种稀土离子的掺杂浓度对近2 μm发光的影响,从而对稀土离子掺杂浓度进行优化选择以确定理想的掺杂浓度.实验结果表明,在TmF3掺杂摩尔分数为1%时,随着Yb3+浓度的提高Ho3+的2 μm荧光强度增强;当TmF3掺杂摩尔分数为3%时,随着Yb3+浓度的提高Ho3+的2 μm荧光强度降低;随着Yb3+浓度的提高,Tm3+的近2 μm荧光发射会得到增强,且当Tm3+浓度较高时其发光更为明显,这相对削弱了Ho3+的2 μm荧光.Ho3+2 μm发光受Tm3+/Ho3+的浓度比值影响很大,即用980 nm光抽运三掺杂样品,无论Tm3+浓度单一提高还是Ho3+浓度单一降低,对于Ho3+的2μm荧光都是不利的.     

白光LED用Ce3+/Sm3+共掺玻璃和微晶玻璃的发光特性及能量传递研究

采用高温熔融法制备了一系列Ce³⁺/Sm³⁺共掺透明微晶玻璃,并研究了其发光特性。在微晶玻璃中Ce³⁺呈现出基于4f-5d跃迁的较强的宽带蓝光发射,通过调节Ce³⁺/Sm³⁺离子的掺杂浓度,Ce³⁺/Sm³⁺离子共掺微晶玻璃发光的色度逐渐发生变化,当CeO₂/Sm₂O₃掺杂的量比为1:1时,制得的微晶玻璃发光色坐标为(0.315, 0.296)。通过光谱和荧光衰减曲线,研究了Ce³⁺离子到Sm³⁺离子的能量传递,在SAZKNGC_0.6S_0.6微晶玻璃中,Ce³⁺离子向Sm³⁺离子传递能量效率约为20%。结果表明,Ce³⁺/Sm³⁺共掺微晶玻璃是白光LED的一种潜在基质材料。     

960nm激光泵浦下Er3+和Yb3+掺杂氟氧化物微晶玻璃上转换发光特性

对经特殊退火后的Er3+和Yb3+离子共掺杂氟氧化物微晶玻璃的上转换发光特性进行了研究.研究结果表明,在960nm激光泵浦下,这种玻璃具有较高的上转换发光.通过我们的研究,弄清了在这种材料中Er3+的发光行为、上转换通道和Er3+和Yb3+离子之间的能量传递过程.     

新型单模大模场红外硫系玻璃光子晶体光纤设计研究

大模场光子晶体光纤在高功率激光传输、光纤放大器、光纤激光器中的广泛应用, 使其受到研究者的广泛关注.硫系玻璃在红外波段(1–20μm)具有优良透过性能, 且具有折射率高(2.0–3.5)、声子能量低(小于350 cm^-1)、 组分可调等特性, 成为制备红外光纤的理想材料. 本文设计一种基于Ge₂₀Sb₁₅Se₆₅硫系玻璃基质的新型单模传输、低损耗、超大模场面积光子晶体光纤结构, 经理论验证其在λ =10.6 μm处基模限制损耗远低于0.1 dB/m, 高阶限制模损耗大于2 dB/m, 模场面积约为13333 μm². 关键词： 硫系玻璃 大模场面积 红外光子晶体光纤 结构设计     

Tm3+和Er3+共掺杂氟氧化物玻璃陶瓷材料结构和上转换发光性质的研究

报道了一种新的上转换氟氧化物玻璃陶瓷材料,组份为65GeO2-25NaF-10BaF2(MFG)。研究了Tm^3 和Er^3 共掺MFG玻璃陶瓷中的发光性质。通过X射线衍射和Raman散射分析了MFG玻璃陶瓷的结构性质。分别测量了Tm^3 和Er^3 共掺MFG玻璃及玻璃陶瓷和Er^3 单掺MFG玻璃中的红外发射谱（λex=488nm)和上转换发射谱（λex=978nm)。给出了稀土离子掺入微晶的证据;（1）和MFG：1mol%Tm^3 、2mol%Er^3 玻璃相比,在978nmLD激发下,MFG：1mol%Tm^3 、2mol%Er^3玻璃陶瓷中红色上转换发光大大增强,红不与绿光的比值大大提高。（2）在488nm激光激发下,玻璃陶瓷样品中Tm^3 离子1．7μm左右的发射光谱明显窄化。最后讨论了玻璃陶瓷这种结构上转换发光的影响和其在上转换发光及光通信中的应用潜力。     

Ge20Sb15Se65硫系玻璃光子晶体光纤的中红外色散特性

硫系玻璃与石英玻璃相比具有高折射率(2.0～3.5)、低声子能量(<350cm-1)、优良的中远红外透过性能(可至25μm)等特性.本文制备了一种在中红外具有优良透过特性的无As环保型Ge20Sb15Se65硫系玻璃材料,以此为基质材料设计了一种三层空气孔结构光子晶体光纤,利用多极法对光纤的中红外色散特性进行了数值模拟,系统研究了结构参量孔径d、孔间距Λ以及d/Λ对其色散特性的影响.分析表明:通过改变包层空气孔直径d或空气孔间距Λ,可灵活的调节光子晶体光纤的零色散波长向短波或长波方向移动.通过优化结构参量发现,当Λ=3μm,d/Λ=0.35附近变化时,可获得3～5μm色散平坦,且色散值小于5ps.nm-1.km-1的光子晶体光纤.