掺铒碲-钨-钠玻璃基质的光谱性质研究

制备了用于离子交换法制备光波导器件的掺铒碲-钨-钠玻璃基质。应用扎得-奥菲而特(Judd—Ofelt)理论计算了玻璃样品的三个强度参量,由强度参量计算了Er^3 离子的自发跃迁几率、荧光分支比等光谱参量;应用麦克库玻(McCumber)理论,计算了Er^3 离子在1．5μm的受激发射截面,荧光测试发现Er^3 离子的荧光半峰全宽可达65nm。比较了Er^3 离子在不同玻璃基质中的光谱特性。结果表明,Er^3 离子在碲-钨-钠玻璃中具有较高的受激发射截面和较宽的荧光半峰全宽,可以用于宽带光波导器件的制备。     

800nm激发下AlF3基氟化物玻璃中高掺杂Er3+的上转换光谱性质

在８００ｎｍ激光二极管激发下,研究高掺杂Ｅｒ＾３＋（摩尔比大于３％）的ＡｌＦ３基（ＡＹＦ、ＡＺＦ）玻璃的红外－可见上转换发光性质。在ＡＹＦ玻璃中,５５０ｎｍ绿光上转换最佳Ｅｒ＾３＋掺杂摩尔比为６％,而在ＡＺＦ玻璃中为１２％。随着Ｅｒ＾３＋掺杂量的增加,红光与绿光上转换发光强度比（Ｉｒ／Ｉｓ）增加。这被认为与两个Ｅｒ＾３＋离子（一个在４Ｉ０／２态、另一个在＾４Ｓ３／２）的交叉弛豫过程有关。同时由于此     

具有高机械强度的掺Er3+∶TeO2-Nb2O5玻璃的光谱性质研究

熔制了掺铒碲铌玻璃样品(100-XTeO2-XNb2O5(X=5,10,15,20 mol%)，测试了其密度、折射率、转变温度、析晶温度、维氏机械强度、吸收光谱、荧光光谱、荧光寿命等参量。利用Judd-Ofelt和McCumber理论分别计算了铒离子强度参量Ωt (t=2, 4, 6)和受激发射截面σemi的大小，研究了掺铒碲铌玻璃样品光谱参量对Nb2O5成分的依赖性，并与典型的碲锌钠玻璃（75TeO2-20ZnO-5Na2O）在热学、机械强度、光谱性质和放大品行四个方面进行了比较.     

Eu3+掺杂Bi2O3-PbO-B2O3-ZnO玻璃光谱性质

用高温融熔法制备了Eu³⁺掺杂浓度为1%的(60-x)Bi₂O₃xPbO30B₂O₃10ZnO(x=0,10,30,摩尔分数)玻璃.测定了玻璃的差热分析曲线、吸收光谱、声子边带谱、发射光谱与激发光谱.由发射光谱与稀土Eu³⁺离子光学跃迁矩阵元的特点,计算了Eu³⁺光学跃迁的J-O参数Ω₂与Ω₄.结果显示强度参数Ω₂随着PbO量的增加而略减少,表明材料的对称性略增加,Eu—O键强减弱,共价性降低.PbO组分的增加,使玻璃的结晶起始温度与软化温度差降低,导致玻璃的热温度性变差.随着PbO的增加,电-声子耦合减弱.     

B2O3含量对掺铒碲铌酸盐玻璃光谱性质及热稳定性影响

制备了一系列碲铌酸盐玻璃85TeO₂-(15-x)Nb₂O₅-xB₂O₃-1%Er₂O₃(TNBx=0, 3, 6, 9, 12, 15).根据Judd-Ofelt(J-O)和McCumber理论,讨论和分析了B₂O₃含量对掺铒碲铌酸盐玻璃热稳定性及光谱性质影响.研究发现,玻璃开始析晶温度和玻璃转变温度差值ΔT(T_x-T_g),J-O强度参数,FWHM和峰值受激发射截面的乘积在B₂O₃引入摩尔分数为9%时达到最大值.同时,Er³⁺:⁴I_13/2能级寿命也随着B₂O₃含量的增加而单调增加.结果表明,在掺铒碲铌玻璃中,适量的B₂O₃能较好地提高玻璃的热稳定性能和Er³⁺离子的光谱性质.     

GeO2对Eu3+掺杂Bi2O3-B2O3-ZnO玻璃光谱性质的影响

用高温融熔法制备了Eu^3＋掺杂摩尔分数为1％的（60-X）Bi2O3-XGeO2-30B2O3-10ZnO（摩尔分数X=5,10,20,30）系统玻璃。测定了玻璃的差热分析曲线、发射光谱与激发光谱。从发射光谱与稀土Eu^3＋离子光学跃起矩阵元的特点,计算了Eu^3＋光学跃迁的参量Ω2与Ω1。结果显示强度参量Ω2与Ω4随着GeO2量的增加而增加,表明材料的对称性降低,Eu-O键强增加,共价性增加。玻璃的软化温度随GeO2组份的增加而提高。在GeO2摩尔分数达10％时．析晶起始温度与玻璃软化温度的差达最大,约146℃,表明该玻璃的热稳定性最好。     

977nm抽运下掺铒碲酸盐基氧卤玻璃的光谱特性

研究了掺铒TeO2-ZnO-PbCl2碲酸盐基氧卤玻璃在977nm激光二极管抽运下的发光和上转换发光特性，结果发现除红外153μm4I13/2→４I15/2发光外（荧光半高宽高达69nm），该玻璃还存在很强的２Ｈ11/2→４I15/2（527nm），４Ｓ3/2→４I15/2（549nm）和４Ｆ９／２→４Ｉ１５／２（666nm）可见上转换发光.应用Judd-Ofelt理论计算得到玻璃强度参数Ωt（t=2，4，6）分别为Ω2=587×10-20cm2，Ω4=208×10-20cm2，Ω6=116×10-20cm2，计算了铒离子跃迁振子强度、自发辐射概率、荧光分支比、荧光寿命等光谱参量.应用McCumber理论计算得153μm处的玻璃受激发射截面可达875×10-21cm2实验结果表明，与硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、氟化物玻璃等比较，掺铒碲酸盐基氧卤玻璃在宽带掺铒光纤放大器和上转换激光器中有着极大的研究和应用潜力. 关键词： 掺Er3+ 碲酸盐玻璃 氧卤玻璃 Judd-Ofelt理论 光谱性质     

镱铒共掺硼硅酸盐玻璃可见光波段扎得-奥菲而特理论分析

采用高温烧结工艺制备了多种掺杂浓度的掺铒硼硅酸盐玻璃、镱铒共掺硼硅酸盐玻璃样品.依据扎得-奥菲而特(Judd-Ofelt,J-O)理论计算了三价铒离子扎得-奥菲而特强度参量Ωk(k=2,4,6)和自发辐射寿命、自发辐射跃迁几率、荧光分支比、谱线强度等参量.用麦克库玻(McCumber)理论分析了镱铒共掺硼硅酸盐玻璃铒离子上转换红光(4F9/2→I15/2)、绿光(2>H11/2→I15/2)的受激发射截面.结果表明,随着掺铒硼硅酸盐玻璃中铒离子浓度的增加,扎得-奥菲而特参量Ω2变小;镱铒共掺硼硅酸盐玻璃的Ω2则随掺镱浓度的提高而增大,且高于已有的硅酸盐、氟化物、铋酸盐玻璃的相应值,同时上转换红光和绿光的受激发射截面略有增加.     

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     

Nd3+掺杂B2O3-Nb2O5-BaO-La2O3玻璃光谱性质的研究

 用高温熔融法制备了Nd³⁺(物质的量分数2％）掺杂40B₂O₃-(15-χ)Nb₂O₅-45BaO-χLa₂O₃玻璃，测量了样品的吸收光谱、发射光谱和差热分析（DTA）曲线。根据Nd3+光学跃起矩阵的特点，应用Judd-Ofelt理论，从吸收光谱获得了Nd³⁺光学跃起的强度参数。并计算了Nd³⁺离子的自发辐射跃迁几率、总自发辐射几率、荧光分支比、辐射能级寿命和受激发射截面。结果表明：该体系玻璃中，随着Nb₂O₅ 含量的增加和La₂O₃₂增大，说明材料的对称性降低；而Ω₆减小，说明Nd-O键的共价性和键强增强；受激发射截面减小。DTA实验表明，随着Nb₂O₅含量的增加，材料的热稳定性提高。     

宽带光放大器用掺Er3+碲钨酸盐玻璃

制备了掺Er^3 的TeO2-WO3-ZnO-ZnF2(TWZOF)玻璃,测量了Er^3 在玻璃中的吸收光谱和970nm激光二极管激发下的荧光光谱和荧光寿命,分别采用J-O理论和McCumber理论计算了Er^3 离子的J-O强度参量Ωt(t=2,4,6)和其1．5μm发射的吸收截面和发射截面,研究了其荧光强度、荧光寿命和发射带宽与ZnF2含量的关系。结果表明,Er^3 在TWZOF玻璃中具有较大的1．5μm发射截面,其峰值发射截面为0．86pm^2;同时,Er^3 在TWZOF玻璃中具有很大的1．5μm发射带宽,所得半峰全宽在68～83nm之间;Er^3 在TWZOF玻璃中还具有较小的Ω2值和较大的Ω6值,且随ZnF2含量的增加,Ω2和Ω4均增大;Er^3 离子1．5μm发射峰值荧光强度和荧光寿命总体也随ZnF2含量的增加而增加。     

硼碲酸盐玻璃材料中Er3+光谱性质对组分的依赖关系

采用熔融淬火技术制备了一组Er3+掺杂的变组分硼碲酸盐玻璃材料.测量了玻璃的折射率、吸收光谱及4I13/2→4I15/2跃迁的荧光寿命.利用标准的三参量Judd Ofelt理论对Er3+的光学跃迁性质进行了计算,并对Er3+离子的4I13/2能级的量子效率进行了研究.结果发现,随着样品中TeO2含量的增加样品的折射率变大,三个Judd Ofelt参量中Ω2随着样品组分的改变较明显,而另外两个参量Ω4和Ω6的变化较小.还发现随着TeO2含量的增加4I13/2→4I15/2辐射跃迁几率增大,并且该跃迁的量子效率增加.这一研究结果表明,在硼酸盐玻璃材料中引入TeO2可以有效地改善其中稀土离子的量子效率和辐射跃迁性能.     

Er3+/Yb3+共掺杂氧氟硅酸盐玻璃的上转换发光

研究了Er^3 ／Yb^3 共掺氧氟硅酸盐玻璃的吸收光谱、上转换光谱和拉曼光谱。分析了氧氟硅酸盐玻璃中Yb”敏化Er^3 的上转换发光机理。结果表明：通过975nm的激光二极管激发,在室温下同时观察到蓝光(408nm)、绿光(529nm和545nm)和红光(667nm),分别是由于Er^3 离子。H9/2→^4I15/2,H11/2→^4I15/2,H3/2→^4I15/2和H9/2→^4I15/2跃迁。随Yb2O3浓度的增加。Yb^3 对Er^3 的能量转移增强,因此蓝光、绿光和红光的发光强度都增强,强烈的绿光和红光激发是由于双光子吸收过程,而微弱的蓝光是由于三光子吸收过程。拉曼光谱发现,对Er^3 离子在氧氟硅酸盐玻璃中的上转换发光。玻璃结构中的PbF2起到重要作用。     

掺铥氟磷玻璃的结构、热学性质和光谱性质

制备了不同Al(PO3)3含量的掺铥系列氟磷玻璃,研究了其结构、热稳定性和光谱性质。随着Al(PO3)3含量的增加,该系列玻璃的密度降低,折射率增加,差热分析表明,转变温度、析晶起始温度、析晶峰温度和熔化温度增加。Al(PO3)3摩尔浓度在7%~9%时析晶稳定性最佳。采用归一化的拉曼光谱分析了材料的结构和声子状况,对于该系列氟磷玻璃,Al(PO3)3含量的增加不会影响声子能量,但使声子密度增大。测试了样品的吸收光谱,Tm3 的3H6→3F4在第三通信窗口的L波段有明显吸收。与在其它玻璃基质中相比,Tm3 的3F4能级对应能量偏高,3H4能级对应能量偏低,使得3H4→3F4跃迁波长较大,接近于增益迁移光纤放大器的放大波长。扎得奥菲而特(Judd-Ofelt)理论分析表明随着Al(PO3)3含量增加,离子强度参量Ω2增大,Ω6保持相对稳定,Tm3 的能级寿命降低。     

Er3+掺杂重金属氧氟硅酸盐玻璃的上转换发光研究

研究了Er3+掺杂重金属氧氟硅酸盐玻璃的吸收光谱、上转换光谱和拉曼光谱，分析了重金属氧氟硅酸盐玻璃中Er3+的上转换发光机理. 结果表明：通过975nm的激光二极管激发，在室温下同时观察到蓝光(411nmj)、绿光(525和543nm)和红光(655nm)，分别是由于Er3+离子2H9/2→4I15/2, 2H11/2→4I15/2, 4S3/2→4I15/2, 和4F9/2→4I15/2跃迁. 随Er2O3浓度的增加，蓝光、绿光和红光的发光强度都增强，上转换发光机理主要涉及能量转移和激发态吸收，强烈的绿 关键词： Er3+离子 重金属氧氟硅酸盐玻璃 上转换光谱 发光机理     

Er3+/Yb3+共掺碲钨酸盐玻璃的热稳定性和1.5μm波段的光谱性质

制备了Er³⁺/Yb³⁺共掺的碲钨酸盐玻璃样品,TeO₂-WO₃-R_mO_n(R_mO_n=PbO,BaO,La₂O₃,Bi₂O₃),研究了样品的热稳定性和1.5μm波段的光谱性质。碲酸盐中引入WO₃的目的是为提高基质的声子能量,使Er³⁺离子⁴I_13/2→⁴I_15/2的多声子弛豫速率增加,从而提高⁴I_13/2能级上的Er³⁺离子数,这对提高1.5μm处的荧光强度有利,另外加入WO₃也能提高碲酸盐玻璃的抗析晶能力。测试了样品的FT-IR光谱,发现碲钨酸盐玻璃样品中存在着TeO₄、TeO₃、WO₄和WO₆结构体。周围环境的不对称性导致Er³⁺在1.5μm处的光谱有非均匀的展宽和大的受激发射截面。Er³⁺在70TeO₂-20WO₃-10Bi₂O₃玻璃中⁴I_13/2→⁴I_15/2能级发射的荧光半峰全宽(FWHM)为77nm,应用McCumber理论计算的受激发射截面(σ^peak)为1.03×10^-20cm²。其FWHM×σ_peak乘积远大于掺Er³⁺的铋酸盐、磷酸盐、碲酸盐和硅酸盐玻璃,说明碲钨酸盐玻璃是一种制备宽带光纤放大器优良基质材料。     

铒离子浓度对掺Er3+碲酸盐玻璃的Judd-Ofelt理论参数的影响

制备了四种不同铒离子掺杂浓度的碲酸盐玻璃,通过测定吸收光谱计算了吸收谱线的振子强度,根据Judd-Ofelt理论计算了不同浓度下Er3 离子发光光谱的强度参数Ωi(i=2,4,6),计算了自发辐射电偶和磁偶跃迁概率、辐射寿命、荧光分支比等参数,讨论了Er3 离子浓度变化对以上这些参数的影响.测试了Er3 :4I13/2→4I15/2跃迁对应的荧光光谱和Er3 :4I13/2能级荧光寿命.最后应用McCumber理论计算了玻璃中Er3 :4I13/2→415/2跃迁对应的受激发射截面大小.结果表明:振子强度基本上随Er3 离子浓度的增大而增强;随着Er3 离子浓度的增加,自发辐射跃迁概率A基本呈现出递增的趋势,但荧光分支比β却只有很小的变化;Er3 :4I13/2→4I15/2的发射截面随Er3 离子浓度的增大而改变很小,有效线宽都在50 nm左右.     

Er3+/Yb3+共掺TeO2-Li2O-B2O3-GeO2玻璃系统的光谱性质和热稳定性研究

制备了Er³⁺/Yb³⁺共掺的70TeO₂-5Li₂O-(25-x)B₂O₃-xGeO₂（x=0,5,10,15,20 mol%）系列玻璃, 研究了玻璃的热稳定性能, 测试了玻璃的吸收光谱、荧光光谱以及Er3+离子4I13/2能级荧光寿命, 并根据McCumber理论计算了Er³⁺离子4I13/2→4I15/2跃迁的受激发射截面. 结果表明：随着GeO₂含量的增加, 玻璃的热稳定性逐渐提高, 荧光谱线半高宽（FWHM）保持在70 nm左右, 而荧光强度和Er3+离子4I13/2能级荧光寿命逐渐提高, 研究表明这种玻璃系统是一种具有应用潜能的宽带光纤放大器用的基质材料.     

Yb^3+含量对掺Er^3+铝酸盐玻璃光谱性质的影响

采用高温熔融法制备百分比为(100-x)(23.6Al2O3-53CaO-7.7BaO-2.1Na2O-10.3Ga2O3-3.1B2O-0.2Er2O3)-xYb2O3(x=0,0.9,1.9,2.8,3.6,4.5)的铝酸盐玻璃。应用差示扫描量热法、吸收光谱、荧光光谱、红外光谱以及拉曼光谱等检测手段,系统研究了不同Yb^3+离子引入量对玻璃的物性、热稳定性、Er^3+离子光谱性质和结构的影响。结果表明,Yb2O3含量越高,玻璃的密度和折射率越大,抗析晶能力有所增强。随着Yb2O3的增加,玻璃在976 nm吸收系数增大,对应于Er^3+离子的2H11/2→4I15/2、4S3/2→4I15/2以及4F9/2→4I15/2跃迁的527,549,666 nm的上转换发光、红光与绿光发光强度比以及对应于4I13/2→4I15/2的1.53μm近红外荧光强度明显增加。当Yb2O3浓度为3.6%时,铝酸盐玻璃样品在近红外1.53μm荧光最强,此时Yb^3+→Er^3+正向能量传递效率η1最大,约为82.9%。该系列铝酸盐玻璃中Er3+离子1.53μm最大发射截面为0.77×10^-20 cm^2,荧光半高宽最大值为39.4 nm,荧光寿命最大值为4.46 ms。     

Ce~(3+)/Yb~(3+)/Er~(3+)共掺杂氟磷玻璃的上转换发光光谱

研究了Yb3+/Er3+共掺杂和Ce3+/Yb3+/Er3+三掺杂及其随着Al(PO3)3含量改变的氟磷玻璃的光谱性能。从能量匹配及能级结构角度出发分析了Ce3+和Al(PO3)3对其光谱性能的影响。结果表明:在Yb3+/Er3+比为4:1不变而同步增加其含量时,其上转换发光出现了由绿光到黄光再到红光的变化;随着玻璃中Ce3+的引入,产生了Er3+的4I11/2→4I13/2能级间无辐射弛豫速率增加现象,且上转换发光都有一定程度的减弱。随着Al(PO3)3含量的改变,其减弱程度也发生相应的改变。同时,通过对其上转换机理的分析得出了红、绿、蓝发光的光子过程。