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。     

Spectroscopic properties in Er Er3+/Yb3+Co-doped fluorophosphate glass

Using the technique of high-temperature melting, a new Er³⁺/Yb³⁺ co-doped fluorophosphate glass was prepared. The absorption and fluorescence spectra were investigated in depth. The effect of Er³⁺ and Yb³⁺ concentration on the spectroscopic properties of the glass sample was also discussed. According to the Judd-Ofelt theory, the oscillator strength was computed. The lifetime of ⁴I_13/2 level (τ_m) of Er³⁺ ions was 8.23 ms, and the full width at half maximum of the dominating emission peak was 68 nm at 1.53 τ_m. The large stimulated emission cross section of the Er³⁺ was calculated by the McCumber theory. The spectroscopic properties of Er³⁺ ion were compared with those in different glasses. The full width at half maximum and σ_e are larger than those of other glass hosts, indicating this studied glass may be a potentially useful candidate for high-gain erbium-doped fiber amplifier.     

铒激活重掺杂银硼酸盐玻璃光谱性质

制备了铒激活的重掺杂银硼酸盐玻璃样品,测量了该样品的吸收光谱、X射线衍射谱。研究结果表明样品中没有金属银簇或金属银纳米粒子存在。应用Judd-Ofelt理论计算了该玻璃中的Er³⁺离子的J-O 参数,计算了辐射跃迁几率、辐射跃迁寿命及⁴I_13/2能级的量子效率。发现银引入到硼酸盐玻璃后,降低了基质的声子能量,提高了基质的折射率,增加了Er³⁺的⁴I_13/2量子效率和发射截面积,从而增强了1.5 μm光发射。同时该玻璃样品1.5 μm光发射有较宽的半峰全宽,约为80 nm,但量子效率仍然较低。     

Yb3+:Er3+共掺氟磷酸盐玻璃的发光和激光性能

稀土掺杂氟磷酸盐玻璃是可以满足波分复用系统及超短脉冲系统对带宽和平坦增益要求的激光材料之一。研究了其中一种增益带宽宽,发光谱线平坦的镱铒共掺氟磷酸盐玻璃,其计算半峰全宽为51nm。对反映宽带性能的有效增益截面的研究表明,该镱铒共掺氟磷酸盐玻璃在1530～1580nm之间有一平坦的有效增益截面谱线,证明其宽带特性明显优于掺铒磷酸盐玻璃。对Yb^3 离子敏化效率的研究显示,在镱铒比为10：1时,Er^3 离子的吸收截面和发射截面达最大值,分别为0．6601pm^2和0．7325pm^2,表明此比值下Yb^3 对Er^3 的能量传递效率最高。实验结果显示Yb：Er氟磷酸盐玻璃可用作带宽宽,增益平坦,可实现高能输出的激光器和光纤放大器的基质玻璃材料。     

Er3+/Yb3+共掺的氟磷酸盐玻璃的光谱性质和热稳定性

研究了Er3+/Yb3+共掺的氟磷酸盐玻璃的光谱性质和热稳定性。应用Judd-Ofelt理论计算了玻璃的三个强度参量Ωｔ (ｔ=2,4,6)，计算了Er3+离子的辐射跃迁几率，荧光支效率和自发辐射几率等光谱参量。 经荧光谱测试发现掺Er3+/Yb3+共掺的氟磷酸盐玻璃的荧光半高宽可达63nm ，应用McCumber理论计算了1.53μｍ处的受激发射截面，可达6.85×10-21 cm2。     

Er3+/Yb3+共掺硅酸盐玻璃样品的多波段光谱特性

制作了系列Er3+/Yb3+共掺硅酸盐玻璃,结合Er3+-Yb3+之间的能量传递模型,对Er3+/Yb3+掺杂样品不同波段的发射光谱进行了测量和分析.结果表明,Er3+/Yb3+掺杂浓度对红外荧光强度、半峰全宽及上转换可见光都有显著的影响;Yb3+离子的引入导致Er3+/Yb3+离子单元的等效受激吸收几率增大,使Er3+离子的激活度增加,引起Er3+离子的红外荧光和上转换发光的同步增强.     

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.     

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。     

掺铒铝硅酸盐玻璃光谱和上转换荧光性质研究

利用Judd小Ofelt(J—O)理论和吸收光谱计算了Er^3 、Yb^3 掺杂的铝硅酸盐玻璃的J—O参量、振子强度、跃迁几率、荧光寿命，量子效率以及上转换系数等参量，比较了饵离子^I13/2—^I15／2跃迁的光谱参量的计算与测量值，并讨论了玻璃中OH—浓度与荧光寿命、绿色上转换发光强度与抽运光功率的关系。     

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。     

Effect of concentration quenching on the spectroscopic properties of Er3+/Yb3+ co-doped AlF3-based glasses

A series of highly Er3+/Yb3+ co-doped fluoroaluminate glasses have been investigated in order to develop a microchip laser at 1.54 μm under 980 nm excitation. Measurements of absorption, emission and upconversion spectra have been performed to examine the effect of Er3+/Yb3+ concentration quenching on spectroscopic properties. In the glasses with Er3+ concentrations below 10 mol%, concentration quenching is very low and the Er3+/Yb3+ co-doped fluoroaluminate glasses have stronger fluorescence of 1.54 μm due to the 4I13/2 → 4I15/2 transition than that of Er3+ singly-doped glasses. As Er3+ concentrations above 10 mol% in the Er3+/Yb3+ co-doped samples, concentration quenching of 1.54 μm does obviously occur as a result of the back energy transfer from Er3+ to Yb3+. To obtain the highest emission efficiency at 1.54 μm, the optimum doping-concentration ratio of Er3+/Yb3+ was found to be approximately 1:1 in mol fraction when the Er3+ concentration is less than 10 mol%.     

Er3+/Yb3+共掺LiNbO3晶体中Er3+的光谱特性分析

在室温下,测量了采用Czochralski方法生长的as-grown和经退火处理的Z切Er^3＋／Yb^3＋共掺同成分LiNbO3晶体的α偏振吸收光谱（300-1650nm）。运用Judd—Ofelt理论对该晶体中Er^3＋的光谱特性进行了分析。由所测得的吸收系数的积分计算得到了从基态到激发态的若干个主要的电子跃迁强度实验值。利用最小二乘法确定出Er^3＋／Yb^3＋共掺LiNbO3晶体中Er^3＋的Judd-Ofelt参数。进而确定了自发辐射概率,从激发态能级到其各个下能级的荧光分支比以及能级辐射寿命。此外,还讨论了Yb^3＋的共掺和退火处理对LiNbO3晶体中Er^3＋光谱特性的影响。     

Er3+和Yb3+共掺碲酸盐玻璃的光谱性质

研究了Er3+ 和Yb3+ 共掺碲酸盐玻璃的吸收和荧光光谱性质 ,分析了碲酸盐玻璃中Er3 + 的上转换发光机制 ,应用Judd Ofelt理论计算了玻璃的强度参量Ωt(t =2 ,4,6 ) ,分别为Ω2 =4.74× 10 - 2 0 cm2 ,Ω4=1.46× 10 - 2 0 cm2 ,Ω6 =0 .6 4× 10 - 2 0 cm2 ,计算了Er3+ 离子的自发跃迁几率、荧光分支比 ,应用McCumber理论计算了受激发射截面 ,并比较了Er3 + 在不同基质玻璃中的光谱特性。     

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.     

YAB晶体中Yb3+到Er3+的能量传递

1.55 μm波段是光通讯的一个重要波段,而且对人眼安全,有高的大气透过率,因此可以广泛应用于通讯和遥感测距等领域。由于Er³⁺离子对商品化的InGaAs激光二极管的抽运波长不能有效吸收,因此一般通过在基质中共掺杂Yb³⁺和Er³⁺离子来获得1.55 μm波段激光输出。采用助熔剂法生长了不同Yb³⁺和Er³⁺掺杂浓度的YAl₃(BO₃)₄(YAB)晶体。运用速率方程模型研究了晶体中Yb³⁺到Er³⁺能量传递过程,得到了根据Yb³⁺离子的荧光寿命计算能量传递系数的简单计算公式。计算了不同掺杂离子浓度的YAB晶体中的能量传递系数等相关参数。结果表明,在YAB晶体中,Yb³⁺到Er³⁺能量传递非常有效,YAB晶体可以作为一种能获得1.55 μm激光输出的良好介质材料。     

EDWA用基础玻璃的光谱特性研究

制备了掺Er3+和Er3+/Yb3+共掺的可用于EDWA(掺铒波导放大器)的Na2O-B2O3-SiO2玻璃.吸收光谱特性表明:不同掺杂Er2O3浓度基础玻璃峰位置基本相同,但玻璃在相同波长处的吸收率随着Er2O3浓度的增加而增大;光敏剂Yb2O3的加入明显增大了样品在978 nm处的吸收面积;荧光光谱特性表明:随着Er2O3浓度的增加玻璃在1536 nm处的荧光半高宽(FWHM)由80 nm减小到40 nm,从而确定本体系的Er2O3掺杂浓度为0.2 mol%左右较好.     

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。     

Upconversion white-light emission in Ho³⁺/Yb³⁺/Tm³⁺ tridoped LiNbO₃ single crystal

Ho³⁺/Yb³⁺/Tm³⁺ tridoped LiNbO₃ single crystal exhibiting intense upconversion white light under 980?nm excitation has been successfully fabricated by the Czochralski method. The tridoped LiNbO₃ single crystal offers power dependent color tuning properties by simply changing excitation power. Efficient three-photon blue upconversion emission and two-photon green and red upconversion emissions have been observed. In addition, the red emission of Ho³⁺ originates dominantly from the nonradiative decay of green emission. The LiNbO₃ with upconversion white light will be a potential laser candidate material.     

Spectra and lasing properties of Er~(3+),Yb~(3+):phosphate glasses

The effects of Al_2O_3, Yb_2O_3, Er_2O_3 and OH~- on spectral properties of P_2O_5.Na_2O.SrO.Al_2O_3.Yb_2O_3.Er_2O_3 erbium phosphate glass were studied. 5, 8, and 13 mol% Al_2O_3, 4, 5, 6, 7 and 8 mol% Yb_2O_3 and0.05, 0.2, and 0.4 mol% Er_2O_3 were used. It was found that Al_2O_3 can improve fluorescent lifetime ofEr~(3+)ions, but the integrated absorption cross section of Er~(3+)ions decreases with the increase of Al_2O_3concentration. Evaluating from energy transfer efficiency of Yb~(3+)to Er~(3+)and spectral parameters ofYb~(3+)and Er~(3+),we conclude that 6 mol% Yb_2O_3 and 0.4 mol% Er_2O_3 are needed for LD pumped     

Er3+-Yb3+共掺磷酸盐玻璃(LGS-L)波导放大器设计

就作者自行研制的Er3 + Yb3 + 共掺磷酸盐玻璃 (LGS L) ,用重叠积分方法进行放大器设计。在Er3 + 、Yb3 + 掺杂浓度分别为 1.5 1× 10 2 6ions/m3 、19.1× 10 2 6ions/m3 的情况下可获得 2 .6dB/cm的增益 ;Er3 + 掺杂浓度为2× 10 2 6ions/m3 时 ,在 4cm的器件上可获得超过 15dB的增益。此外 ,讨论了信号光和抽运光光场强度的横向分布与Er3 + 、Yb3 + 横向掺杂浓度分布之间的重叠对放大器增益的影响 ,放大器的最佳长度 ,以及在 980nm抽运下 ,Yb3 + 、Er3 + 掺杂浓度比对放大器增益的影响。