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.     

掺Tm~(3+)氟锆酸盐玻璃2μm发光特性

研究了Tm3+掺杂氟锆酸盐玻璃的2μm发光特性。通过吸收光谱,运用Judd-Ofelt(J-O)理论计算了J-O强度参量tΩ(t=2,4,6)以及Tm3+离子在玻璃中的自发辐射跃迁几率、荧光分支比和辐射跃迁寿命等光谱参数。采用808 nm激光二极管(LD)抽运,获得了Tm3+离子在氟锆酸盐玻璃中的近2μm发射光谱。Tm3+离子在玻璃中的3F4→3H6跃迁峰值波长位于1.82μm处。研究表明,随着Tm3+离子浓度的增加,Tm3+离子之间发生明显的交叉弛豫过程(3H4→3F4,3F4→3H6),从而使得1.82μm处荧光强度明显增强,但当掺杂浓度进一步增加达到一定程度后,基于三能级稀土离子的浓度猝灭效应,该荧光强度明显降低。研究计算了氟锆酸盐玻璃中Tm3+…3F4→3H6跃迁对应的受激发射截面,结果表明,受激发射截面受Tm3+掺杂浓度的影响不大。     

Tm$lt;sup$gt;3+$lt;/sup$gt;掺杂锗碲酸盐玻璃的近2 μm光谱性质

用高温熔融法制备了Tm₂O₃掺杂浓度为0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.25, 1.5 mol%的40 GeO₂-35TeO₂-15PbO-5Al₂O₃-2.5CaO-2.5SrO锗碲酸盐玻璃. 热学性质测试表明该玻璃的转变温度为446 ℃, 没有析晶峰. 玻璃的最大声子能量约为750 cm^-1. 利用Judd-Ofelt 理论计算了Tm³⁺ 的Judd-Ofelt 参数Ω_t(t = 2, 4, 6)、不同浓度下Tm³⁺ 离子各激发态能级的自发辐射几率、荧光分支比以及辐射寿命等参数. 采用808 nm 波长抽运源测试了Tm³⁺ 离子的荧光光谱. 发现掺杂浓度为1 mol% 时约1.8 μm 处的荧光强度最强. 根据McCumber 理论计算了³F₄ →³H₆ 的发射截面, 其峰值发射截面为6.5 × 10^-21 cm². 根据速率方程计算了玻璃中OH 引起的Tm³⁺ 的³F₄ 能级的无辐射弛豫速率, 随着Tm³⁺ 浓度增加, OH 对³F₄ 能级的猝灭速率增加. 这种玻璃有望研制成一种新型的约2 μm 的激光玻璃材料. 关键词： 锗碲酸盐玻璃 3+掺杂')" href="#">Tm³⁺掺杂 光谱性质     

不同Tm3+浓度掺杂碲酸盐玻璃光谱性质研究

制备了70TeO2-20WO3-10ZnO-xTm2O3系统玻璃,根据所测玻璃的吸收光谱,应用Judd-Ofelt(J-O)理论计算出Tm3+离子在碲酸盐玻璃的J-O强度参数、Tm3+在玻璃中的自发辐射概率A、荧光分支比β及荧光辐射寿命τR等各项光谱参数.测定了玻璃的荧光光谱,并计算了Tm3+在碲酸盐玻璃中的荧光有效线宽、峰值受激发射截面.比较了Tm3+在不同掺杂浓度下的光谱特性,认为当Tm2O3掺杂浓度达到0.8wt%-1wt%时,所获得的荧光强度与荧光线宽达到最佳值,掺Tm3+碲酸盐玻璃是一种理想的S波段宽带光纤放大器用基质材料.     

Tm3+/Yb3+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.     

掺Tm3+有机-无机复合材料的合成及光谱参数计算

以正硅酸乙酯与γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷为前驱体,应用溶胶-凝胶技术,合成了Tm3+离子掺杂的有机-无机复合材料。从吸收光谱特性出发,应用Judd-Ofelt理论,计算得到了Tm3+离子的J-O强度参量(Ω2,Ω4,Ω6)及Tm3+离子各激发能级的自发辐射跃迁概率、荧光分支比及辐射寿命等光谱参量。根据McCumber理论计算了Tm3+离子能级3H6←→3F4(1.8μm)跃迁的吸收截面和受激发射截面,同时,根据所获得的吸收截面、发射截面以及掺杂离子浓度等参数获得了Tm3+离子在凝胶玻璃中的增益截面函数。与其它玻璃掺杂基质比较可知,Tm3+掺杂的有机改良硅酸盐玻璃在～1.8μm和～2.0μm波段的中红外激光中有潜在的应用前景。     

Ga2O3组分对Tm 3+掺杂GeO2-Ga2O3-Li2O-BaO-La2O3玻璃的光谱性能影响

制备了Tm3 (8.0mol%)掺杂(77-x)GeO2-xGa2O3-8Li2O-10BaO-5La2O3(x=4,8,12,16)系列玻璃.系统地研究了Ga2O3从4mol%变化到16mol%时,玻璃的光谱性质与热学性质的变化规律.差热分析表明,随着Ga2O3含量的增加,锗酸盐玻璃的热稳定性增加.运用Judd-Ofelt(J-O)理论计算得到了Tm3 在不同Ga203含量的GeO2-Ga2O3-Li2O-BaO-La2O3玻璃中的J-O强度参数(Ω2,Ω4,Ω6)及Tm3 各激发能级的自发跃迁概率、荧光分支比以及辐射寿命等光谱参量.在808nm激光二极管的激发下,测试并分析了Ga2O3对Tm3 荧光光谱特性的影响.随着Ga2O3从4t001%增加到16mol%,Tm3 在1.8μm处的荧光强度呈现先减弱后增强的特性.当Ga2O3含量大约在12mol%时,Tm3 在1.8μm处的荧光强度最弱,受激发射截面达到最小.还初步讨论了Ga2O3对玻璃结构与光谱参数的影响规律.     

Nd~(3+)离子掺杂氧化物玻璃的光谱性质

高温熔融法制备了69.5B2O3-20Li2O-(10-χ)CaO-χPbO-0.5Nd2O3(χ=1,3,5,7,mol%)和68.5Li2O-(29-φ)CaO-φAl2O3-2La2O3-0.5Nd2O3(φ=3,7,10,15,mol%)玻璃,测量了玻璃样品的吸收和发射光谱(800nm激光二极管激发),从吸收光谱出发,应用Judd-Ofelt理论获得了Nd3+光学跃起的强度参数。根据强度参数和发射光谱,计算了Nd3+离子4F3/2→4I11/2跃迁的荧光发射截面σe。结果显示,在B2O3-Li2O-CaO-PbO-Nd2O3系统中随着CaO的减少和PbO的增加,Nd3+离子的强度参数Ω2增大,表明样品的对称性降低;强度参数Ω6也增大,说明玻璃样品中Nd-O键的共价性和键强降低;同时,Nd3+离子4F3/2→4I11/2跃迁的荧光发射截面σe的大小和荧光强度都减小。在Li2O-CaO-Al2O3-La2O3-Nd2O3系统中,随着CaO的减少和Al2O3的增加,Nd3+离子的强度参数Ω2减小,说明样品的对称性增加;强度参数Ω6减小,说明玻璃样品中Nd-O键的共价性和键强增强;同时,Nd3+离子4F3/2→4I11/2跃迁的荧光发射截面的大小和荧光强度也都减小。     

含Ho~(3+)的GeO_2-B_2O_3-BaO-Na_2O-Al_2O_3锗酸盐玻璃的光谱与增益特性

用高温熔融法制备了不同Ho3+离子掺杂浓度65GeO2-12B2O-10BaO-10Na2O-3Al2O3-χHo2O3(χ=0.25,0.75,1.25mol%)锗酸盐玻璃。从吸收特性出发,应用McCumber理论计算了Ho3+离子能级5I8→5I7(~2.0μm)跃迁的吸收截面和5I7→5I8的受激发射截面。根据掺杂离子的浓度以及获得的吸收截面和受激发射截面得到Ho3+离子在此玻璃中的增益截面函数,从该函数可反映出材料的粒子数反转特性。获得的基本光学参数与其它掺杂的玻璃进行了比较,其吸收截面、发射截面和增益截面的最大值具有一定的优势。认为该玻璃在~2.0μm波段的中红外激光器中将有潜在的较大应用前景。     

掺镱TeO2-Al2O3-Cs2O玻璃的光谱性质

采用熔融法制备了一种组分为80TeO2-10Al2O3-10Cs2O-xYb2O3(x=0～1.6)(mol%)的掺镱碲酸盐玻璃材料,测试了该玻璃材料的密度、热膨胀系数和折射率随波长的变化关系,分析了其吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命随Yb3+浓度的变化性质.利用McCumber理论计算了该玻璃系统中Yb3+离子从2F5/2到2F7/2能级跃迁的受激发射截面.实验表明:当Yb2O3掺杂量为1mol%时,Yb3+在1 004nm波长处的发射截面为1.06×10-20 cm2,荧光有效线宽为89.6nm,荧光寿命达到最大值为0.80ms.激光性能评价结果表明,该掺镱碲酸盐玻璃是实现超短脉冲激光的候选材料之一.     

Ho3+掺杂GeO2-Ga2O3-Li2O-BaO-La2O3玻璃的光谱和增益特性的计算

用高温熔融法制备了不同Ho3+浓度掺杂的65GeO2-12Ga2O3-8Li2O-10BaO-5La2O3-χHo2O3锗酸盐玻璃.从吸收光谱出发,应用Judd-Ofelt理论,获得了Ho3+离子的跃迁强度参量（Ω2,Ω4,Ω6）,并由此计算了Ho3+离子的自发辐射跃迁几率A,荧光分支比β,辐射能级寿命τ等光谱参量.根据McCumber理论,计算了Ho3+离子能级5I8→5I7（2.0 μm）跃迁的吸收截面和受激发射截面,同时也获得了相应的反映粒子数反转的增益截面光谱.钬掺杂的锗酸盐玻璃,其增益截面的最大值比所报道的氟锆铝酸盐玻璃大.结果表明,Ho3+掺杂的锗酸盐玻璃在2.0 μm附近波段的中红外激光器中将有一定的应用前景.     

Tm~(3+)和Ho~(3+)双掺氟锗酸盐玻璃的中红外发光性质

用高温熔融法制备了Tm3+和Ho3+离子双掺的65GeO2-12AlF3-10BaF2-8Li2O-5La2O3氟锗酸盐玻璃.应用Judd-Ofelt理论,获得了Ho3+离子的强度参量(Ω2,Ω4,Ω6),自发辐射跃迁几率Ar,辐射寿命τ等光谱参量.根据McCumber理论,计算了玻璃中Tm3+和Ho3+离子的吸收截面σa、受激发射截面σe和增益光谱G(λ).在808nm激光二极管激发下,研究分析了Tm3+离子的交叉弛豫过程和Tm3+敏化Ho3+离子的2.0μm的红外发射光谱.结果表明,一定浓度Ho3+的共掺提高了Tm3+(3F4)→Ho3+(5I7)之间的能量转移效率,增强了~2.0μm的红外发光.     

HO3+/Tm3+共掺α-NaYF4单晶体的光谱特性

采用坩埚下降法生长出Ho3+离子掺杂浓度～1.90 mol％、Tm3+不同掺杂离子浓度(0.99 mol％,1.58 mol％,2.37 mol％,3.16 mol％,3.99 mol％,7.19 mol％)的双掺杂立方晶相NaYF4单晶体.根据测定的吸收光谱以及800 nmLD波长激发下的发射光谱、发射截面和衰减曲线,研究从Tm3+离子到Ho3+离子的能量传递机制、Tm3+离子的浓度猝灭效应和Ho3+离子在2.04 μm波段的优化发光效应.当Ho3+离子浓度保持为～1.90 mol％不变,Tm3+离子浓度从0.99 mol％增加到1.59 mol％时,2.04 μm波段的发射强度逐步增强;当浓度从1.59mol％增加到7.19mol％时,发射强度逐步减弱.Ho3+ (1.90 mol％)/Tm3+ (1.59 mol％)共掺的单晶体的发射截面最大,达到2.17×10-20 cm2,其荧光寿命最长,为21.72 ms;同时,根据Ho3+离子的吸收截面和Tm3+离子的发射截面,计算得到该样品从Tm3+:3F4→Ho3+:5I7稀土离子能量传递系数和Ho3+:5I7→Tm3+:3F4反传递系数分别为CTm-Ho=24.14×10-40 cm6/s,CHo-Tm=2.05×10-40 cm6/s.     

Tm3+和Ho3+双掺氟锗酸盐玻璃的中红外发光性质质

用高温熔融法制备了Tm3+和Ho3+离子双掺的65GeO2-12AlF3-10BaF2-8Li2O-5La2O3氟锗酸盐玻璃,应用Judd-Ofelt理论,获得了Ho3+离子的强度参量（Ω2,Ω4,Ω6）,自发辐射跃迁几率Ar,辐射寿命τ等光谱参量。根据McCumber理论,计算了玻璃中Tm3+和Ho3+离子的吸收截面σa、受激发射截面σe和增益光谱G(λ)。在808nm激光二极管激发下,研究分析了Tm3+离子的交叉弛豫过程和Tm3+敏化Ho3+离子的2.0µm的红外发射光谱。结果表明,一定浓度Ho3+的共掺提高了Tm3+（3F4）→Ho3+（5I7）之间的能量转移效率,增强了~2.0µm的红外发光。     

掺钕镉铝硅酸盐玻璃的Judd-Ofelt理论分析与光谱特性

以掺杂光子晶体光纤为介质的光纤激光器一直受到科研工作者的广泛关注,应用于光子晶体光纤纤芯的掺稀土元素玻璃的制备成为研制掺杂光子晶体光纤的关键问题。利用高温熔融工艺制备钕离子掺杂的40SiO_2-14Al_2O_3-(40-x)CdO-2Li2O-2K2O-2Na_2O-xNd_2O_3(x=0.07,0.14,0.21,0.35,0.42,0.56mol)重金属硅酸盐玻璃系统,测试了其吸收光谱和荧光光谱。采用Judd-Ofelt理论,计算了玻璃样品的强度参数Ωt(t=2,4,6)以及钕离子的自发辐射概率、荧光分支比、荧光辐射寿命等参数。利用测得的荧光光谱计算了钕离子能级跃迁4 F3/2→4 I11/2的受激发射截面及荧光有效线宽。结果表明:当掺Nd_2O_3的摩尔分数为0.42时,制备的镉铝重金属硅酸盐玻璃具有较大的受激发射截面和比较宽的荧光有效线宽,且与相关文献中的钕离子掺杂玻璃相比,具有良好的激光性能和增益性能,有望在研制掺杂光子晶体光纤中得到应用。     

掺钕TeO_2-Al_2O_3-Cs_2O玻璃的Judd-Ofelt理论分析与光谱特性

采用高温熔融法制备了组分为80TeO2-10Al2O3-10Cs2O-xNd2O3(x=0,0.5,1.0)(mol%)的掺钕碲酸盐玻璃,测试了玻璃样品的折射率、吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命曲线.利用Judd-Ofelt理论计算得到光谱强度参数Ωλ(λ=2,4,6),Nd3+从4F3/2能级到4IJ(J=9/2、11/2、13/2、15/2)能级跃迁的荧光有效线宽Δλeff,4F3/2能级跃迁几率AJ,荧光分支比β,相应的荧光寿命τrad和量子效率η及受激发射截面σemi.在该碲酸盐体系中,Nd3+离子掺杂浓度为0.5mol%时,样品在1 060nm波长处的σemi·τmeas为6.21×10-24cm2·s,荧光有效线宽为31.4nm,量子效率达到89%.光谱特性对比分析结果表明,该掺钕碲酸盐玻璃是一种性能优良的固体激光材料.     

掺铒铋酸盐玻璃的光谱性质和热稳定性研究

测试了铋酸盐玻璃(85-x)Bi2O3-(10+x)B2O３-5Na2O(x=0，5，10，15，20，25 mol%)中Er3+离子的吸收光谱、荧光光谱、荧光寿命及热稳定性.应用Judd-Ofelt理论计算了铋酸盐玻璃中Er3+离子的强度参数(Ω2=(352—386)×10-20cm2,Ω4=(138—152)×10-20cm2,Ω6=(093—117)×10-20cm2),应用McCumber理论计算了Er3+离子的受激发射截面(σe=(70—95)×10-21cm2)及Er3+离子4I13/2→4I15/2发射谱的荧光半高宽(FWHM=57—79nm)，测得了Er3+离子４I13/2能级荧光寿命(τm=265—159ms)，分析了玻璃的热稳定性能.研究了Er3+离子各种光谱参数对成分的依赖性，发现随着玻璃中B2O3含量的增加，强度参数Ωt(t=2,4,6)、荧光半高宽(FWHM)、热稳定性均相应增加，而测得的荧光寿命却减小.比较了不同基质玻璃中Er3+离子的光谱特性，结果表明掺铒铋酸盐玻璃更适合于掺Er3+光纤放大器实现宽带和高增益放大. 关键词： 铋酸盐玻璃 光谱性质 成分依赖性 Er3+离子     

Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃的2.0μm发光特性及能量传递

研究了Tm3+/Ho3+共掺TeO2-WO3-ZnO玻璃在808 nm激光二极管抽运下的2.0μm发光特性及Tm3+与Ho3+之间的能量传递.应用Judd-Ofelt理论计算了Ho3+在碲酸盐玻璃中的谱线强度参量Ωt(t=2,4,6)、自发辐射概率Ar、辐射寿命τr等.计算了Ho3+的吸收截面σa(λ)和受激发射截面σa(λ).结果表明:碲酸盐玻璃中Tm3+→Ho3+正向能量传递系数大约是Tm3+←Ho3+反向能量传递系数的18倍.Ho3+离子的5I7能级的寿命为3.9 ms,2.0 μm处的最大发射截面为9.15×10-21cm2.在O.5 mol%Tm2O3和0.15 mol%Ho2O3共掺的碲酸盐玻璃中能获得2.0μm的最大增益.通过比较氟化物、碲酸盐和镓铋酸盐重金属氧化物等玻璃中Ho3+的量子效率η,σe×τm值和增益系数G(λ)等,发现Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃是一种理想的2.0μm激光器用基质玻璃.     

Tm3+离子掺杂的钨酸钇钠晶体中浓度猝灭效应的研究

测量了Tm3+离子不同浓度(0.5at.%,3 at.%,5 at.%)掺杂的NaY(WO4)2晶体在800 nm激光二极管激发下的上转换发射光谱.结合吸收谱、荧光谱和由Judd-Ofelt理论计算的光谱参数,详细分析了Tm36:NaY(WO4),晶体中上转换能量传递机理和离子浓度对上转换发射的影响.讨论了四种影响上转换发光效率的离子间相互作用机理:3H5+1G4→3H6+1D2,3H5+3H5→3H6+3F3,1G4+3H6→3F4+3F3,1G4+3H6→3F3+3F4,并根据Miyakawa-Dexter理论定量计算了各过程的发生概率.论证了交叉弛豫和共协上转换等浓度猝灭效应是影响Tm3+离子蓝色上转换荧光发射效率的主要因素.     

Yb3+掺杂浓度对Er3+/Yb3+共掺SiO2-Al2O3-La2O3玻璃光谱性质的影响

测量了不同Yb3+ 离子掺杂浓度下 ,Er3+ /Yb3+ 共掺SiO2 Al2 O3 La2O3玻璃的吸收光谱、荧光光谱和Yb3+离子2 F5/ 2 的能级寿命 ,应用迈克康伯 (McCumber)理论计算了Er3+ 的受激发射截面σemi,讨论了Yb3+ 离子浓度对其自身吸收性质、Er3+ 离子发光性质 ,以及Yb3+ →Er3+ 能量传递效率 (η)的影响 ,初步探明该基质玻璃中Yb3+ 离子掺杂数浓度的最佳范围为 3 .94× 1 0 2 0 cm- 3至 5 .92× 1 0 2 0 cm- 3,在此掺杂范围内 ,Yb3+ 离子的最大吸收系数为9.8cm- 1 ,Er3+ 的峰值发射截面和Yb3+ →Er3+ 能量传递效率 (η)分别为 0 64× 1 0 - 2 4 m2 和 92 %。