Tm3+-Yb3+共掺杂的碲酸盐玻璃和光纤的光谱特性

研究了Tm³⁺-Yb³⁺共掺杂的碲酸盐玻璃和光纤在980nm激光二极管激发下的可见与近红外光谱性质.室温下,Tm³⁺-Yb³⁺共掺杂的碲酸盐玻璃在480,800nm处观测到了很强的上转换发光,在650nm观测到一较弱的上转换发光,它们分别来自Tm³⁺离子的¹G₄^→3H₆,³H₄^{→ 3}H₆和¹G₄^{→ 3}F₄跃迁;在1020,1810nm处观测到近红外发射,它们分别属于Yb³⁺离子的²F_5/2^→2F_7/2跃迁和Tm³⁺离子的³F₄^→3H₆跃迁.研究了其发光特性与Tm³⁺及Yb³⁺的浓度的依赖关系.此外,在980nm激光激发下,还观测到Tm³⁺-Yb³⁺共掺杂的碲酸盐玻璃光纤在1060,1470,1910nm附近的近红外发射.详细讨论了其发光机制,该材料可望用于制作蓝色上转换光纤激光器、S-波段光纤放大器以及在医疗诊断和遥感中有着广泛的应用的1.9μm光纤激光器.     

应用于白光显示的Tm3+/Ho3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃上转换发光特性研究

用高温熔融法制备了Tm³⁺/Ho³⁺/Yb³⁺共掺碲酸盐玻璃(TeO₂-ZnO-La₂O₃)样品,测试了玻璃样品的吸收光谱和上转换发光光谱,分析了上转换发光机理.结果发现:在975 nm波长激光二极管(LD)激励下,制备的碲酸盐玻璃样品可以观察到强烈的红光(662 nm)、绿光(546 nm)和蓝光(480 nm)三基色上转换发光,红光对应于Tm³⁺离子 关键词： 碲酸盐玻璃 上转换发光 白光 3+/Ho³⁺/Yb³⁺共掺')" href="#">Tm³⁺/Ho³⁺/Yb³⁺共掺     

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Ω_t (t=2,4,6)、自发辐射概率A_r、辐射寿命τ_r等.计算了Ho³⁺的吸收截面σ_a(λ)和受激发射截面σ_e(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3.9ms，2.0μm处的最大发射截面为9.15×10^-21cm².在0.5mol% Tm₂O₃和0.15mol% 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，σ_e×τ_m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. 关键词： 2.0μm发光 能量传递 增益 碲酸盐玻璃     

Tm~(3+)掺杂碲酸盐微结构光纤激光器

以1 560 nm的掺Er3+石英光纤激光器作为泵浦源,在Tm3+掺杂的碲酸盐微结构光纤中实现了2μm的激光输出。采用棒管法拉制出了纤芯由6个空气孔包围的微结构光纤,选取了2.8 cm的微结构光纤,研究了其激光性能,获得了9 mW波长为1 872 nm的激光输出,激光的斜效率为6.53%,激光阈值为200 mW。研究结果表明,所制备的Tm3+掺杂碲酸盐微结构光纤可用于制作紧凑型2μm光纤激光器。     

KY3F10:Yb3+,Tm3+,Ho3+纳米晶在单一980 nm辐射下的色稳定上转换白光

利用简单的水热法制备了立方相KY₃F₁₀∶15% Yb³⁺,0.5% Tm³⁺,0.2% Ho³⁺上转换纳米晶。在980 nm激发下,获得接近等能白的上转换发光。上转换机理分析表明,蓝、绿、红光发射分别源自Yb³⁺到Tm³⁺和Ho³⁺的能量传递。更重要的是,该上转换白光显示了良好的色稳定性。当泵浦功率由688 mW增加到1 688 mW,色差仅为0.027 5。其原因在于,一方面三基色发光的功率关系比较接近;另一方面蓝光的功率关系随泵浦功率的增加逐渐减小,而绿、红光的功率关系保持不变。蓝光的饱和现象可能与激光辐射所引起的热效应有关。     

Yb3+/Ho3+/Tm3+三掺杂LiTaO3多晶材料的上转换发光特性

采用高温固相合成法制备了多组Yb³⁺/Ho³⁺/Tm³⁺不同物质的量分数掺杂的LiTaO₃多晶材料,测试了双掺Yb³⁺/Ho³⁺,Yb³⁺/Tm³⁺和三掺Yb³⁺/Ho³⁺/Tm³⁺的LiTaO₃多晶的X射线衍射图谱、紫外-可见吸收谱和上转换荧光发射谱。X射线衍射(XRD)结果显示,稀土离子掺杂没有改变LiTaO₃多晶的物质结构,这表明稀土离子以取代基质离子的方式进入了晶格中。样品的紫外吸收边显示,增加Ho³⁺或Tm3⁺物质的量分数会导致吸收边先红移再蓝移。在980 nm泵浦光激发下,可见光区域中出现上转换蓝光(475 nm)、绿光(545 nm)和红光(663 nm和650 nm)发射,通过改变LiTaO₃中的激活离子Ho^3+<...     

Tm3+,Yb3+共掺Bi2WO6上转换发光材料的制备及其温度传感性质

用高温固相法制备了不同浓度的Tm³⁺和Yb³⁺共掺杂Bi₂WO₆上转换发光材料.对合成粉末的微结构、上转换发射光谱,以及材料的光学温度传感性质进行了表征和分析.X射线衍射谱结果显示,Tm³⁺和Yb³⁺离子的掺杂基本不影响Bi₂WO₆基质材料的正交晶系结构.在980 nm激发下,Tm³⁺和Yb³⁺掺杂摩尔分数分别是1%和6%时获得样品中Tm³⁺发射强度最大.随激发泵浦功率从199 mW增加到400 mW,1%Tm³⁺,6%Yb³⁺:Bi₂WO₆样品中Tm³⁺的4个发射峰强度均增强.199—400 mW激发功率下,样品光强I和激发功率Pn呈现线性关系.计算该范围激发泵浦功率和Tm³⁺发射强度的关系,得到Tm^3+<...     

Yb3+敏化的Er3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃的上转换发光研究

用高温熔融法制备了系列Er³⁺/Yb³⁺共掺，Ho³⁺/Yb³⁺共掺，和Er³⁺/Yb³⁺/Ho³⁺三掺碲酸盐玻璃，在975nm激光抽运下三种掺杂玻璃中都出现了较强的绿光和红光上转换.研究了Yb³⁺离子对Er³⁺和Ho³⁺离子上转换发光强度的影响以及Yb³⁺→Er关键词： 3+/Yb³⁺/Ho³⁺共掺')" href="#">Er³⁺/Yb³⁺/Ho³⁺共掺 碲酸盐玻璃 光谱性质 上转换     

石英基掺Tm3+光纤激光器特性的理论分析

基于速率方程理论建立了石英基掺Tm³⁺光纤激光器³H₆—³H₄抽运方式的理论模型,采用龙格-库塔 (Runge-Kutta) 法对该模型进行了数值分析,得出抽运光与激光功率在掺Tm³⁺光纤中的分布特性,并对Tm³⁺光纤长度、Tm³⁺的掺杂浓度等因素对掺Tm³⁺光纤激光器性能的影响进行 关键词： 3+光纤激光器')" href="#">石英基掺Tm³⁺光纤激光器 龙格-库塔法 抽运效率 掺杂浓度     

Tm3+/Ho3+共掺镓铋酸盐玻璃1.47μm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(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Δλ_eff和峰值发射截面σ^peak_e.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⁺：³F₄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1.47μm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. 关键词： 重金属氧化物玻璃 光谱性质 3+/Ho³⁺离子')" href="#">Tm³⁺/Ho³⁺离子 能量传递     

Tm3+/Ho3+掺杂碲酸盐玻璃的上转换发光性能与能量转换机制

采用高温熔融法制备了单掺Tm3+和Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃,测试了808 nm激光泵浦下玻璃的红外和上转换荧光光谱。Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃上转换荧光光谱主要由695 nm红光、544 nm绿光、474 nm蓝光和740 nm红光四个发光带组成。通过分析样品的光谱性能和能量转换机制,发现很少报道的740 nm红光可能是由Tm3+：1D₂ →3F_{2, 3}能级跃迁产生的。在掺杂0.5 mol％ Tm₂O₃的样品中添加0.3 mol％ Ho₂O₃,695 nm红光、740 nm红光和474 nm蓝光等上转换发光强度明显增大,大约分别是单掺0.5 mol％ Tm₂O₃样品中发光强度的3倍,2.5倍和14倍。这些情况说明存在着强烈的Ho3+→Tm3+反向能量传递。单掺Tm3+碲酸盐玻璃中1D₂能级(发射740 nm红光)上的粒子集居主要来源于合作上转换(CU)过程,而3F_{2, 3}能级(发射695 nm红光)上的粒子集居除了来源于CU过程之外,还有740 nm红光的发射和1G₄能级上部分粒子的无辐射跃迁(1G₄→3F_{2, 3})两条途径,因此样品中695 nm红光强度明显要大于740 nm红光强度。通过交叉驰豫作用CR2和CR3以及反向共振能量转移RET2,Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃中Tm3+的1G₄能级(发射474 nm蓝光)上的粒子集居数比单掺Tm3+时出现了净增加。Tm3+的1G₄能级上粒子集居数的增加可能进一步强化了该能级的无辐射跃迁、740 nm红光的发射以及CU过程,并进而促使Tm3+的3F_{2, 3}能级上的粒子集居。所以,当Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃与单掺Tm3+碲酸盐玻璃中掺杂相同浓度的Tm3+时,前者的红光和蓝光等上转换荧光强度均比后者要大。本文还研究了Tm3+之间以及Tm3+与 Ho3+之间的交叉弛豫和能量传递等效应,并进一步探讨了Tm3+与 Ho3+之间的能量转换机制。     

氟锆酸盐玻璃中Tm^3＋和（Tm^3＋＋Ho^3＋）离子的光谱研究

给出氟锆酸（ＺＢＬＡＮ）玻璃中＾Ｔｍ＾３＋和Ｈｏ＾３＋离子的Ｑｔ参量，并与氧化物玻璃中Ｔｍ＾３＋和Ｈｏ＾３＋的Ｑｔ参量进行了比较，用３７５ｎｍ和４６８ｎｍ波长激发单掺ＺＢＬＡＮ中Ｔｍ＾３＋离子，获得来自Ｄ，２，＾３Ｈ４，Ｇ４能级不同发射波长的发光强度随掺杂浓度的变化，而用小于１μｍ的激发波长激发发单掺Ｔｍ＾３＋或Ｈｏ＾３＋样品，获得近红外区发射光谱。文中给出掺杂浓度对于Ｔｍ＾３＋和Ｈｏ＾＋近红外区     

Efficient approximately 2 microm Tm3+ -doped tellurite fiber laser

Laser emission in the range of 1.88-1.99 micrim from a Tm3+ -doped tellurite fiber is demonstrated when pumped with a diode-pumped Er3+/Yb3+-doped silica fiber laser operating at 1.57-1.61 microm. This pump source excites the Tm3+ ions directly into the F43 upper laser level and yields an output power of 280 mW with a slope efficiency of 76% in a 99%-12% laser cavity arrangement and a 32 cm long fiber. This result is very close to the Stokes efficiency limit of approximately 80%. This is, to the authors' knowledge, the first demonstration of high efficiency lasing in a tellurite fiber at wavelengths longer than 1.56 microm.     

970nm抽运下Er3+/Yb3+/Tm3+共掺碲酸盐玻璃的发光特性

研究了Er3+/Yb3+共掺、Tm3+/Yb3+共掺、Er3+/Yb3+/Tm3+共掺碲酸盐玻璃在970nm抽运下的荧光光谱和上转换光谱性质，测试了Er3+离子的4I11/2和4I13/2能级荧光寿命变化情况.结果发现Er3+/Yb3+/Tm3+共掺碲酸盐玻璃的常规荧光谱线在1450—1700nm区域明显加宽，并在1630nm有一荧光峰，可能是Tm3+：1G4→3F2跃迁产生.上转换发光研究表明，由于碲酸盐玻璃声子能量低的缘故，三种共掺系统下都存在上转换发光现象.在Er3+/Yb3+/Tm3+共掺中，上转 关键词： Er3+/Yb3+/ Tm3+共掺 碲酸盐玻璃 荧光 上转换光谱     

Yb3+敏化Tm3+掺杂氧卤碲酸盐玻璃的上转换发光研究

研究了Yb2O3浓度对Tm3 /Yb3 共掺氧卤碲酸盐玻璃的上转换发光的影响,分析了上转换发光机理。结果发现,通过980 nm的激光二极管激发,在室温下同时观察到强烈的蓝光(475 nm)和微弱的红光(649 nm),分别是由于Tm3 离子1G4→3H6和1G4→3F4跃迁产生的;上转换机理分析表明,上转换蓝光和红光都是由于双光子吸收过程。随Yb2O3浓度增加,Yb3 离子寿命降低,Yb3 到Tm3 的能量转移效率增加,上转换蓝光和红光强度先增加,在Yb2O3摩尔比为3时达到最大,然后降低。分析认为,Yb3 的浓度猝灭主要是由于3H4(Tm3 )→2F5/2(Yb3 )反向能量转移的结果。结果表明Yb3 敏化Tm3 掺杂氧卤碲酸盐玻璃是一种上转换蓝光激光器的潜在基质材料。     

Spectroscopic properties and mechanism of Tm^3＋/Er^3＋/Yb^3＋ co-doped oxyfluorogermanate glass ceramics containing BaF2 nanocrystals

Transparent Tm^3＋/Er^3＋/yb^3＋ co-doped oxyfluorogermanate glass ceramics containing BaF2 nanocrystals are prepared. Under excitation of a 980-nm laser diode （LD）, compared with the glass before heat treatment, the Tm^3＋/Er^3＋/yb^3＋ co-doped oxyfluorogermanate glass ceramics can emit intense blue, green and red up-conversion luminescence and Stark- split peaks; X-ray diffraction （XRD） and transmission electron microscope （TEM） results show that BaF2 nanocrystals with an average diameter of 20 nm are precipitated from the glass matrix. Stark splitting of the up-conversion luminescence peaks in the glass ceramics indicates that Tm^3＋, Er^3＋ and （or） Yb^3＋ ions are incorporated into the BaF2 nanocrystals. The up-conversion luminescence intensities of Tm^3＋, Er^3＋ and the splitting degree of luminescence peaks in the glass ceramics increase significantly with the increase of heat treat temperature and heat treat time extension. In addition, the possible energy transfer process between rare earth ions and the up-conversion luminescence mechanism are also proposed.     

Yb3+/Ho3+/Tm3+共掺碲酸盐玻璃的上转换白光发射及其机理研究

采用高温熔融法分别制备了Yb3+/Ho3+,Yb3+/Tm3+和Yb3+/Ho3+/Tm3+共掺的碲酸盐玻璃。在980nm红外激光激发下,Yb3+/Ho3+/Tm3+共掺的玻璃样品显示了强的蓝光、绿光和红光发射,分别对应于Tm3+的1 G4→3 H6跃迁、Ho3+的5 F4(5 S2)→5I 8跃迁以及Ho3+的5 F5→5I 8和Tm3+的1 G4→3 F4跃迁。通过对比发现,Yb3+/Ho3+/Tm3+共掺样品中的红、绿光积分发射强度比值(3.95)明显大于Yb3+/Ho3+共掺样品(1.69),这是由于Ho3+和Tm3+间存在交叉弛豫过程3 H4(Tm3+)+5I 6(Ho3+)→3 F4(Tm3+)+5 F5(Ho3+)和3 F4(Tm3+)+5I 8(Ho3+)→3 H6(Tm3+)+5I 7(Ho3+)所致。在激发功率密度为8.2 W.cm-2时,Yb3+/Ho3+/Tm3+共掺样品的上转换发光色坐标值为x=0.345,y=0.338,非常接近于等能白光(x=0.333,y=0.333)。     

重金属碲酸盐玻璃中Ho~(3+)的红外辐射特性

制备了高折射率Ho3+单掺和Ho3+/Yb3+共掺低声子能量重金属碲酸盐玻璃.根据Judd-Ofelt理论对吸收光谱进行拟合,求得Ho3+强度参数Ωt(t=2,4,6)分别为4.373×10-20,1.906×10-20和1.451×10-20cm2,并进一步计算了Ho3+在红外区各能级跃迁的振子强度、自发辐射跃迁概率、辐射寿命和荧光分支比等光谱参数.982 nm激发下,铋碲酸盐玻璃中Yb3+直接敏化Ho3+,在红外区产生有效红外发射.Ho3+吸收与发射截面在1.95和2.05μm处分别高达5.63×10-21和6.24×10-21cm2,大于Ho3+掺杂磷酸盐和氟化物玻璃,这有利于降低激光抽运阈值,实现高效Ho3+激光输出.较低的声子能量和较大的发射截面表明,Ho3+/Yb3+共掺杂铋碲酸盐玻璃有望成为良好的红外激光工作物质.     

Upconversion in Highly Doped Er3+-Yb3+ Fiber Pumped by Ti:Sapphire Laser at 800 nm

The up-conversion processes were investigated in highly doped Er3+-Yb3+ silica fiber pumped by CW or mode-locked Ti:Sapphire laser at 800 nm band. The mechanism is different from that at 980 nm pumped band. The pumping wavelength and power dependences of green, blue and red fluorescence emission were obtained. The up-conversion efficiencies of different doped concentration were investigated. The strong infrared emissions, which limit the efficiency of up-conversion were observed.     

波导适用型铝锗酸盐玻璃中铥离子上转换荧光光子输出与量子产率定量

制备了适用于钾钠离子交换波导的Tm~(3+)/Yb~(3+)掺杂铝锗酸盐玻璃,利用积分球配以光纤光谱仪在975nm激光泵浦下对玻璃的上转换荧光进行测试,解析出样品的绝对荧光特征参量。测试与计算结果显示,在380℃的KNO3熔盐中,Tm~(3+)/Yb~(3+)掺杂的铝锗酸盐玻璃的钾钠离子交换有效扩散系数为0.070μm~2/min,热离子交换过程易于控制。铝锗酸盐玻璃样品中,Tm~(3+)主要发出477 nm蓝光和806 nm近红外光,其中近红外光为支配性发射。绝对荧光参数和激发功率密度呈正相关,当功率密度达到1 482 W/cm2时,三光子上转换蓝光的绝对光谱功率、净发射光子数和量子产率分别为269μW、6.46×10~(14)/s和1.43×10~(-4),双光子近红外光上转换对应的3个参量分别为4 024μW、1.63×10~(16)/s和3.61×10~(-3)。基于波导适用型铝锗酸盐玻璃中Tm~(3+)上转换荧光的绝对化表征,为进一步研发光电子器件和激光材料提供了有益的数据参考。