掺Bi的GeO2-Al2O3-Na2O玻璃的热学和光学性质

 用高温熔融法制备了96GeO-(3-χ)Al₂O₃-χNa₂O-1NaBiO₃ （将χ分别为0，0.5，1.5的玻璃命名为A1，A2，A3）和 96GeO-(3.5-ψ)Al₂O₃-ψχNa₂O-0.5Bi₂O₃（将ψ分别为0，0.5，2的玻璃命名为B1，B2，B3）玻璃。观察到样品在1 220 nm处（800 nm 激光二极管激发）的超宽带发光特性（半高宽约250 nm）。结果表明，以NaBiO₃形式引入Bi⁵⁺到玻璃原料中比以Bi₂O₃形式引入Bi³⁺到原料中得到的玻璃在1 220 nm处的发光强度大4.6倍，且荧光寿命和荧光半高宽也分别从280 μs和195 nm增加到了434 μs和275 nm。从A3，A2和A1的吸收边带的红移可初步推断出A3，A2及A1玻璃中Bi5+的含量逐步增加。总结吸收光谱与发射光谱的变化规律，认为Bi离子近红外高发射强度和宽荧光半高宽是由Bi⁵⁺的发光引起的。在两组玻璃中，热稳定性以及荧光发射截面积与荧光寿命的乘积值和荧光发射截面积与荧光半高宽的乘积值随着Na₂O含量的增加而增加。     

Er3+/Ce3+共掺碲铋酸盐玻璃的制备及光谱特性提高研究

采用高温熔融退火法制备了系列 80TeO₂-10Bi₂O₃-10TiO₂-0.5Er₂O₃-xCe₂O₃ (x=0,0.25, 0.5,0.75,1.0 mol%)和(80-y) TeO₂-10Bi₂O₃-10TiO₂-yWO₃-0.5Er₂O₃-0.75Ce₂O₃ (y=3,6,9,12 mol%)的碲铋酸盐玻璃.测试了玻璃样品400-1700 nm范围内的吸收光谱, 975 nm抽运下的上转换发光谱和1.53 μm波段荧光谱, 以及808 nm激励下的Er³⁺离子荧光寿命和无掺杂玻璃样品的Raman光谱, 并结合Judd-Ofelt理论和McCumber理论计算了Er³⁺离子光谱参数.结果表明, 在掺Er³⁺碲铋酸盐玻璃中引入Ce³⁺离子进行Er³⁺/Ce³⁺共掺, 通过Er³⁺离子⁴I_11/2能级与Ce³⁺离子²F_5/2 能级间基于声子辅助的能量传递过程,可以有效抑制Er³⁺离子上转换发光并明显增强其 1.53 μm波段荧光;同时,在现有Er³⁺/Ce³⁺共掺玻璃组分基础上引入WO₃, 可进一步提高1.53 μm波段荧光并展宽其荧光发射谱. 研究结果对于获取优异光谱特性的宽带掺Er³⁺光纤放大器玻璃基质具有实际意义.     

掺铋BaF2晶体的制备及其近红外发光研究

通过温度梯度法制备了Bi₂O₃:BaF₂以及BiF₃:BaF₂晶体.在Bi₂O₃:BaF₂晶体中观察到了发光峰位于961 nm,半高宽202 nm的超宽带红外发光.在BiF₃:BaF₂晶体中检测到Bi²⁺和Bi³⁺可见区的发光,但是没有观察到红外发光.通过γ射线辐照实现了BiF₃:BaF₂晶体的近红外发光, 发光峰位于1135 nm,半高宽192 nm.讨论了Bi₂O₃和BiF₃掺杂BaF₂晶体的红外发光的机理.     

GeO2-Bi2O3-MOx(MOx=WO3, BaO)玻璃近红外超宽带发光的研究

用高温熔融法制备了(99.5-χ) GeO₂-χBaO-0.5Bi₂O₃(χ=3, 6, 9mol%)与(99.5-φ)GeO₂-φWO₃-0.5Bi₂O₃(φ=3，6，9mol%)玻璃，测定了样品的发射光谱(800nmLD激发)、吸收光谱、荧光衰减和差热曲线.实验结果表明，在GeO₂-WO₃-Bi₂O₃系统玻璃中，随着WO₃含量的增加，在1260nm处的发光强度增强，荧光半高宽(FWHM)增宽，荧光寿命增长，而且玻璃的吸收边带发生明显的红移；在GeO₂-BaO-Bi₂O₃系统玻璃中，随着BaO含量的增加，玻璃在1290nm处发光强度增强，FWHM增宽，荧光寿命增长，吸收边带也有明显的红移.从吸收边带发生红移的情况，结合发射光谱和荧光衰减曲线特性，我们推断玻璃样品在近红外的宽带发光可能由Bi⁵⁺离子所引起.从荧光特性估算了玻璃的σ_p×τ和σ_p×Δλ值，这些玻璃均具有较小的σ_p×τ和较大的σ_p×Δλ特性，说明GeO₂-Bi₂O₃-MO_x(MO_x=WO₃, BaO) 系统玻璃是研制成近红外(O到S波段)超宽带光纤放大器的良好材料.     

Er3+/Yb3+共掺碲钨酸盐玻璃的光谱性质和热稳定性的研究

制备了Er³⁺和Yb³⁺共掺的碲钨酸盐玻璃样品65TeO₂-25 WO₃-10R_mO_n(R_mO_n=PbO,BaO),(65+x)TeO₂-(25-x)WO ₃-10La₂O₃ (x=0,5,10), (60+x)TeO₂-(30 -x)WO₃-10Bi₂O₃ (x=0,5,10).测试了玻璃样品的吸收光谱、荧光光谱、能级寿命及热稳定性能.结果表明除含Bi ₂O₃的碲钨酸盐玻璃外，其余玻璃样品均没出现析晶开始温度(T_x)，说明碲钨酸盐 是一种适合于光纤拉制的玻璃基质材料.应用Judd-Ofelt理论计算了强度参数Ω_t(t=2, 4,6)，研究表明Ω₂在碲钨酸盐玻璃中主要受到Er-O键的共价性的影响，而Er^{3 +} 离子周围配位场的非对称性影响可以忽略.测得了Er³⁺在15 μm发射谱的荧光 半高宽 (FWHM=71—77nm)和Er³⁺的⁴I_13/2能级寿命 (τ^m=3—34 ms).应用McCumber理论计算了Er³⁺在15 μm处的受激发射截面(σ^peak=068—103×10^-20 cm²).比较了Er³⁺在不同玻璃基质里 的15 μm荧光带宽和发射截面，研究结果表明碲钨酸盐玻璃是一种制备宽带光纤放大器的理想基质材料.     

Yb3+/Er3+共掺锗碲酸盐玻璃上转换发光增强机理的研究

玻璃的最大声子能量决定稀土离子的上转换发光强度，但本研究发现：Yb³⁺/Er ³⁺共掺锗碲酸盐玻璃在980nm LD抽运下，上转换荧光强度随着Bi₂O ₃对PbO的取代和碱 金属离子半径的增大而明显增强.而Raman光谱显示基质玻璃的最大声子能量并不随Bi ₂O₃对PbO的取代和碱金属离子半径的增大而变化，但玻璃的最大声子密 度随着Bi₂O₃对PbO 取代和碱金属离子半径的增大而降低.从玻璃无辐射跃迁概率的角度，通过分析表明，最大 声子密度的降低是玻璃上转换发光强度增强的主要原因.     

Nd掺杂对Bi4Ti3O12铁电薄膜的微结构和铁电性能的影响

利用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO₂/Si(100)衬底上制备了Nd掺杂Bi₄Ti₃O₁₂(Bi_4-xNd_xTi₃O₁₂, x=0.00,0.30,0.45,0.75,0.85,1.00,1.50)铁电薄膜样品.研究了Nd掺杂对Bi₄Ti₃O₁₂薄膜的微结构和铁电性能的影响.研究结果表明:Nd掺杂未改变Bi₄Ti₃O₁₂薄膜的基本晶体结构.在掺杂量x<0.45时,Nd³⁺只取代类钙钛矿层中的A位Bi³⁺.当x=0.45时,样品剩余极化强度达最大值,在270kV·cm^-1的电场下为32.7μC·cm^-2.掺杂量进一步增加时,结构无序度开始明显增大,Nd³⁺开始进入(Bi₂O₂)²⁺层,削弱其绝缘层和空间电荷库的作用,导致材料剩余极化逐渐下降.当掺杂量x达到1.50时,掺杂离子最终破坏(Bi₂O₂)²⁺层的结构,材料发生铁电-顺电相变.     

Ce3+ 掺杂高密度氧化物玻璃的闪烁性能研究

用高温熔融法制备了以SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-Gd₂O₃为基质系统Ce³⁺掺杂的玻璃样品, 测试样品的密度、紫外——可见透射光谱、紫外激发光谱和主要的闪烁性能, 并且把一部分闪烁性能和PbWO晶体及BGO晶体做比较. 着重研究了不同Ce³⁺掺杂浓度与Gd³⁺ 离子的含量对玻璃样品闪烁性能的影响规律. 结果表明: 玻璃样品具有较大的密度; 样品的X射线激发发射光谱发射峰位置都在390 nm左右, 当Ce³⁺ 离子的掺杂浓度为1.0 mol%(摩尔分数)、Gd₂O₃含量为15 mol%时, 玻璃样品的发光峰强度达到BGO晶体发光强度的90%; 同样验证了Ce³⁺ 离子具有浓度猝灭效应; Gd³⁺可以敏化Ce³⁺离子发光, 但是Gd³⁺离子到达一定浓度时, 反而会产生猝灭效应, 降低了Ce³⁺ 离子的发光. Ce³⁺ 离子掺杂SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-Gd₂O₃系统的闪烁玻璃有望替代闪烁晶体广泛应用于高能物理中.     

可紫外激光刻写的掺铒铋硅酸盐玻璃光谱性质研究

报道了可紫外激光刻写的掺铒Na₂O-Bi₂O₃-SiO₂和Na₂O-B₂O₃-Bi₂O₃-SiO₂玻璃的光谱特性. 测量和计算了玻璃的光谱参数，分析、讨论了Bi₂O₃和B₂O₃含量变化对光谱参数的影响.实验表明基质玻璃中Bi₂O₃和B₂O₃含量改变可有效调节掺铒铋硅酸盐玻璃光谱参数.Bi₂O₃和B₂O₃含量增加，玻璃的光吸收和荧光性质改善，但Er³⁺离子的⁴I_13/2能级寿命降低.在B₂O₃含量为40%(Bi₂O₃/SiO₂＝0.67)时，Er³⁺离子峰值发射截面、⁴I_13/2能级的荧光寿命和荧光半高宽分别为8.49×10^－21cm²，0.52ms和78nm.结果表明掺铒铋硅酸盐玻璃是有前途的紫外光敏有源玻璃材料之一.     

Er3+单掺及Er3+/Yb3+共掺SiO2-Al2O3-La2O3玻璃光谱性质研究

研究了单掺Er³⁺及Er³⁺/Yb³⁺共掺SiO₂-Al₂O₃-La₂O₃玻璃的光谱性质随稀土离子浓度变化规律,应用McCumber理论计算了玻璃在1.53 μm的发射截面及积分吸收截面.结果表明:在Er³⁺离子掺杂浓度相同时,玻璃在980 nm吸收截面与Yb³⁺掺杂浓度成反比;当样品中Yb³⁺离子掺杂浓度为3.94×10²⁰ cm^-3时,玻璃在1.53 μm的吸收截面和发射截面最大,在1.40～1.60 μm积分吸收截面也最大;Er³⁺/Yb³⁺共掺SiO₂-Al₂O₃-La₂O₃玻璃在1.53 μm的荧光半高宽随Er³⁺掺杂浓度升高而增加,当Er³⁺离子掺杂浓度为2.41×10²⁰ cm^-3时,玻璃的荧光半高宽(FWHM)达到52.5 nm.     

光学碱度对Tb3+掺杂Bi2O3-B2O3玻璃发光性能的影响

采用熔融法制备了Tb³⁺掺杂的Bi₂O₃-B₂O₃系统玻璃,使用激发、发射及拉曼光谱分析了光学碱度与玻璃结构及发光性能的关系,同时绘制了Tb³⁺、Bi³⁺和Bi²⁺的能级图。研究结果表明：Tb³⁺掺杂的Bi₂O₃-B₂O₃玻璃由[BO₃]、[BiO₃]、[BO₄]及[BiO₆]共同组成,且随着光学碱度由0.63增加到0.93,玻璃的结构逐渐疏松。高的光学碱度使部分Bi³⁺变为Bi²⁺,发出571 nm（²P_3/2（2）→²P_1/2）的光,Bi³⁺→Tb³⁺的能量降低。在光学碱度及Tb³⁺、Bi³⁺和Bi²⁺离子的共同作用下,随着光学碱度的提高,玻璃的发光颜色由黄绿色变为白色。     

Er3+/Yb3+共掺杂铋酸盐玻璃的上转换发光和能量传递

用高温熔融法制备了Er³⁺/Yb³⁺共掺杂的45Bi₂O₃-45GeO₂-10PbO玻璃,对玻璃样品进行了光谱测试,分析了上转换发光机制和Yb³⁺→Er³⁺的能量传递效率。通过Yb³⁺离子浓度对Er³⁺离子在铋酸盐玻璃中的上转换荧光强度影响的研究,得到Er³⁺质量分数为0.5%以及Yb³⁺质量分数为2.5%时上转换发光强度最大。研究结果表明,在970nm泵浦激发下,Er³⁺/Yb³⁺共掺杂B₄₅G₄₅P₁₀玻璃在532,545,673nm处产生较强的上转换绿光和红光,是一种较为理想的上转换发光基质材料。     

结构自还原效应对铋掺碱土金属硅磷铝硼玻璃超宽带近红外发光的影响

本文报道了结构自还原对铋掺杂碱土金属硅磷铝硼玻璃超宽带近红外发光性质的影响. 以Eu作为对比, 在空气气氛中采用高温熔融法分别制备了Eu₂O₃和Bi₂O₃掺杂的35SiO₂-25AlPO₄-12.5Al₂O₃-12.5B₂O₃-15RO(R=Ca,Sr,Ba) 玻璃. 结果证实该玻璃中可发生Eu³⁺→Eu²⁺的高温自还原现象, 且随着碱土金属离子半径增大Eu²⁺ 的自还原性减弱; 同样条件下Bi位于1300 nm波段的近红外发光却随之增强, 而位于1100 nm波段近红外发光和源于Bi²⁺的红光则减弱. 根据结构自还原机理及碱土离子半径变化对玻璃近红外超宽带发光性质的影响, 讨论了Bi离子的近红外发光中心的归属. 上述研究表明玻璃结构自还原特性可以为Bi近红外发光机理研究以及高效Bi掺杂超宽带近红外发光玻璃的设计提供一种有效的思路和方法. 关键词： 玻璃 铋掺杂 近红外发光 自还原效应     

纳米单斜相Gd2O3：Bi3+,Nd3+的燃烧法制备和近红外发光

采用甘氨酸作为燃料,制备了单斜相Gd₂O₃：Bi³⁺,Nd³⁺纳米发光材料。使用X射线粉末衍射仪和TEM对样品的结构和形貌进行了表征,并研究了制备条件对样品的可见及近红外激发和发射光谱、发光强度、荧光寿命等的影响。结果表明,体系中存在高效的Bi³⁺→Nd³⁺能量传递过程,当Bi³⁺和Nd³⁺的掺杂摩尔分数分别为6%和2%时,单斜相Gd₂O₃：Bi³⁺,Nd³⁺荧光粉可以获得最强的近红外光发射。与单掺Nd³⁺的样品相比,单斜相Gd₂O₃中掺杂Bi³⁺和Nd³⁺后,样品的近红外发光增强近20倍。     

基于紫外或蓝光LED激发的Eu3+和Bi3+共掺杂LaMgB5O10红色荧光粉

采用固相法合成了Eu3+和Bi3共掺杂的LaMgB5O10红色荧光粉,在紫外或蓝光激发下,样品的红光强度随着Bi2O3的增加而增强.利用X射线衍射对样品的结构进行了分析,结果表明,掺入Bi2O3后,样品的结晶度更好.根据Judd-Ofelt理论计算,得到样品的内量子效率不随掺杂剂的改变而变化,约为43％.在394nm激...     

Nature of intrinsic luminescence in the glasses of CaO–Ga2O3–GeO2 system

The intrinsic luminescence of glasses of the CaO–Ga₂O₃–GeO₂ system has been investigated. High chemical purity and optical quality glasses, both undoped and doped with transition and rare-earth ions with different compositions, were obtained by high-temperature synthesis. The influences of the basic glass composition, impurities (Cr³⁺, Mn²⁺, Eu²⁺, Nd³⁺, Ho³⁺, Er³⁺, and Ce³⁺) and different kinds of excitation, on the intrinsic luminescence of the CaO–Ga₂O₃–GeO₂ glasses were investigated. The nature and possible mechanisms of the intrinsic luminescence in glasses of this system are discussed. The proposed models of intrinsic luminescence are supported by electron spin resonance spectroscopy.     

Observation of enhanced dielectric permittivity in Bi doped BaFe12O19 ferrite

The dielectric properties of a 2.5 mol% Bi₂O₃ doped Ba-ferrite (BaFe₁₂O₁₉) have been investigated. The specimen shows a drastically enhanced (≈ 10⁵ times) permittivity (ε) through local polarization of Fe³⁺ electronic charges activated with nearby Bi³⁺ sites. The ε value also depends reasonably on thermal annealing (causes grain growth) of the samples. The specimens comprising large particle sizes (1–20 μ m) usually exhibit smaller ε values and low dielectric losses.     

高Tb3+离子含量磁光玻璃的Faraday效应及发光性能

采用高温熔融法制备了高Tb³⁺离子含量的GeO₂-B₂O₃-SiO₂系统磁光玻璃,测试了其Verdet常数和发光性能,探究了玻璃的Faraday效应、发光性能及光学碱度。研究结果表明:Verdet常数和光学碱度均随着Tb₂O₃含量的增加而线性增大,当Tb₂O₃摩尔分数为70%时,Verdet常数达到-5 000 min·T^-1·cm^-1 (632.8 nm),所有磁光玻璃样品随Tb₂O₃含量变化均发出明亮的黄绿光。由于浓度猝灭效应,高Tb₂O₃含量缩短了Tb³⁺离子间距,增强了交叉弛豫效应,降低了发光强度和荧光寿命。     

铋离子掺杂RO-Al2O3-SiO2玻璃近红外超宽带发光性质

研究了碱土金属氧化物对Bi离子掺杂RO-Al₂O₃-SiO₂ (R=Ca, Sr, Ba)玻璃近红外超宽带发光性质的影响. 结果表明: 玻璃样品在不同抽运源激发下都可检测到较强的近红外超宽带发光. 在808 nm激光激发下, 随着碱土金属离子半径的增加, Bi离子在1 300 nm附近的近红外发光强度显著增加, 荧光半高宽逐渐增加, 其荧光寿命最长可超过600 μms; 而在690 nm激光激发下, 随着碱土金属离子半径的增加, Bi离子在1 100 nm附近的近红外发光呈减弱趋势, 荧光半高宽逐渐增大, 半高宽最大可超过400 nm. 近红外发光可能源于两种不同形式铋的发光中心. 针对上述结果探讨了该玻璃体系中Bi离子近红外发光的机理.     

Investigation of 1.3 μm emission in Nd-doped bismuth-based oxide glasses

Nd₂O₃-doped 43Bi₂O₃–xB₂O₃–(57−x)SiO₂–1.0Nd₂O₃ (x=57, 47, 39, 28.5, 19.5, 10, 0 mol%) bismuth glasses were prepared by the conventional melt-quenching method, and the Nd³⁺: ⁴F_3/2→⁴I_13/2 fluorescence properties had been studied in an oxide system Bi₂O₃–B₂O₃–SiO₂. The Judd–Ofelt analysis for Nd³⁺ ions in bismuth boron silicate glasses was also performed on the basis of absorption spectrum, and the transition probabilities, excited-state lifetimes, the fluorescence branching ratios, quantum efficiency and the stimulated emission cross-sections of ⁴F_3/2→⁴I_13/2 transition were calculated and discussed. The stimulated emission cross-sections of 1.3 μm were quite large due to a large refractive index of the host. Although the effective bandwidths decreased with increasing SiO₂ content, quantum efficiencies and stimulated emission cross-sections enhanced largely with increasing SiO₂ content.