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。     

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.     

Cr3+/Tm3+/Ho3+共掺氟磷酸盐玻璃的制备及性能表征

制备了不同Al(PO3)3含量的掺铥系列氟磷酸盐玻璃,研究了其结构、热稳定性和光谱性质.研究了不同摩尔百分数Al(PO3)3掺杂下Cr3 /Tm3 /Ho3 共掺氟磷酸盐玻璃在2.0μm处的发光特性.并且用Judd-Ofelt理论计算了强度参量,并由此计算了激发能级的自发辐射跃迁速率、辐射寿命、荧光分支比等光谱参量.结果表明,随着Tm3 浓度增加,2.0μm处发光的强度逐渐增强.证明了Tm3(3F4)→Ho3 (5I7)能量转移是非常有效的,并与掺杂浓度有关.     

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.     

Tm3+掺杂锗铌酸盐玻璃及其红外光谱特性

用高温熔融法制备了相同质量百分比浓度4%Tm₂O₃掺杂浓度下(90-x)GeO₂-xNb₂O₅-10Na₂O(其中数字为摩尔百分比x=1,2,4,6,8)以及Tm₂O₃掺杂浓度分别为质量百分比1%,2%,3%,4%下86GeO₂-4Nb₂O₅-10Na₂O(其中数字为摩尔分数)系列玻璃.研究了Nb₂O₅组分对玻璃热稳定性,荧光强度和J-O参数的影响.应用Judd-Ofelt理论,计算了Tm³⁺离子在Nb₂O₅浓度不同时的J-O强度参数(Ω₂,Ω₄,Ω₆)及Tm³⁺离子各激发态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.根据McCumber理论,计算了Tm³⁺离子能级³F₄→³H₆(1.8 μm)跃迁的吸收截面和受激发射截面.从获得的吸收截面、发射截面与离子掺杂浓度计算了1.8 μm荧光波段的增益截面曲线.在808 nm波长光的激发下,研究了Tm³⁺掺杂玻璃在1.47与1.8 μm附近的荧光特性.发现当Tm₂O₃掺杂浓度为质量百分比3%时,在1.8 μm处的荧光强度达最大,然后随着掺杂浓度的增大,其荧光强度反而降低;当Nb₂O₅摩尔分数含量大约在2%时,Tm³⁺在1.8 μm处的荧光强度最强.并讨论了Nb₂O₅组分变化对玻璃结构与光谱特性的影响情况. 关键词： 3+掺杂锗铌酸盐玻璃')" href="#">Tm³⁺掺杂锗铌酸盐玻璃 红外光谱性质 交叉弛豫 2O₅')" href="#">Nb₂O₅     

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.     

Tm3+/Dy3+共掺硫卤玻璃中红外发光和能量传递研究

用熔融急冷法制备了系列Tm3+/Dy3+共掺0.9(Ge25Ga5S70)-0.1CsI硫卤玻璃,测试了样品的吸收光谱以及800 nm激光泵浦下中红外荧光光谱特性.结果表明:Tm3+离子的引入能够有效提高Dy3+离子2.9 μm中红外荧光强度.当Tm3+离子掺杂浓度固定,随着Dy3+离子掺杂浓度的增加,Tm3+:3F4→3H6跃迁产生的1.8 μm荧光强度和荧光寿命明显单调下降,Tm3+:3F4→Dy3+:6H11/2能量传递为Tm3+/Dy3+之间能量转移的主要途径.由于Tm3+:1.8μm荧光发射光谱与Dy3+:6H15/2→6H11/2的吸收光谱之间存在较大的重叠区,Tm3+/Dy3+之间有效的能量传递主要来源于Tm3+:3F4能级向Dy3+:6H11/2能级的共振能量传递.     

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。     

锗酸盐玻璃中Yb3+/Tm3+/Ho3+掺杂浓度对2 μm发光的影响

为了研究锗酸盐玻璃中采用Yb3+/Tm3+/Ho3+三掺杂方式实现2 μm激光的可行性,研究了3种稀土离子的掺杂浓度对近2 μm发光的影响,从而对稀土离子掺杂浓度进行优化选择以确定理想的掺杂浓度.实验结果表明,在TmF3掺杂摩尔分数为1%时,随着Yb3+浓度的提高Ho3+的2 μm荧光强度增强;当TmF3掺杂摩尔分数为3%时,随着Yb3+浓度的提高Ho3+的2 μm荧光强度降低;随着Yb3+浓度的提高,Tm3+的近2 μm荧光发射会得到增强,且当Tm3+浓度较高时其发光更为明显,这相对削弱了Ho3+的2 μm荧光.Ho3+2 μm发光受Tm3+/Ho3+的浓度比值影响很大,即用980 nm光抽运三掺杂样品,无论Tm3+浓度单一提高还是Ho3+浓度单一降低,对于Ho3+的2μm荧光都是不利的.     

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。     

Spectroscopic Properties and Energy Transfers in Tm3+ and Yb3+/Tm3+ Doped Fluoroaluminate Glass

The mechanisms of Tm3+ →Tm3+ and Yb3+ Tm3+ energy transfers and fluorescence properties have been investigated in both Tm3+ and Yb3+/Tm3+ AYF glasses. The cross-relaxation process, 3F4 + 3H6 → 23H4, is proved, which makes the optimum Tm3+ concentration of 1.77 μm fluorescence(3H4 → 3H6) much higher than 1.45 μm fluorescence (3F4 → 3H4) in Tm3+ :AYF glasses. In Yb3+/Tm3+ :AYF glasses, the stronger concentration quenching of 476 nm emission than 797 nm emission is found under the 970 nm-excitation. The optimum concentration of Tma+ for 476 nm and 797 nm emission were about 0.1 mol-％ and 0.3～0.5 mol-％, respectively. The concentration quenching of Yba+ to upconversion fluorescence was also observed.     

Spectroscopic Properties and Energy Transfers in Tm ~(3 ) and Yb~( 3 )/Tm ~( 3 ) Doped Fluoroaluminate Glass

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｔｈｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ1 Ｇ4→ 3Ｈ6 (4 80ｎｍ)ｏｆＴｍ3 ｉｓｉｎｔｈｅｉｎｔｅｒｅｓｔｉｎｇｂｌｕｅｒｅｇｉｏｎ .Ｔｈｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ3Ｆ4→ 3Ｈ4(～ 1.45 μｍ)ｏｆＴｍ3 ｅｘｈｉｂｉｔｓｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅｏｖｅｒｌａｐｗｉｔｈａｎａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｂａｎｄｏｆＨ2 Ｏ ,ｓｏｉｔｃａｎｂｅａｐｐｌｉｅｄａｓａｕｓｅｆｕｌｓｏｕｒｃｅｆｏｒｗａｔｅｒｏｒｈｕｍｉｄｉｔｙｓｅｎｓｉｎｇ[1 ] .Ａｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ 1.45 μｍＴｍ3 ｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒｌａｓ…     

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。     

Tm~(3+)/Yb~(3+)共掺氟氧化物碲酸盐玻璃的上转换发光及光学温度传感

采用高温熔融淬火法成功的合成了Tm~(3+)/Yb~(3+)共掺杂的含有不同浓度Tm~(3+)的氟氧化物碲酸盐玻璃.测量了样品的吸收光谱,结果表明Yb~(3+)和Tm~(3+)成功掺入到玻璃基质中.在980nm激发下,样品在801nm(3H4→3H6)发射最强,在476nm(1G4→3H6)和651nm(1G4→3F4)发射较弱;分析了上转换发光强度与Tm~(3+)浓度依赖关系,确定了上转换发光的最佳掺杂浓度为0.1%Tm2O3;探讨Tm~(3+)的上转换发光机理和Tm~(3+)的浓度猝灭机理,结果表明在980nm激发下Tm~(3+)获得的能量主要来自于Yb~(3+)→Tm~(3+)的量传递,Tm~(3+)的浓度猝灭机理为Tm~(3+)-Tm~(3+)之间的交叉弛豫导致的无辐射能量传递,根据能量匹配的原则,给出可能的交叉弛豫通道.此外,在980nm激发以3F2,3和3H4作为热耦合能级研究分析了Tm~(3+)在氟氧化物碲酸盐玻璃中的温度传感性能,结果表明灵敏度随温度的升高而升高,说明Tm~(3+)掺杂的氟氧化物碲酸盐玻璃可以作为光纤传感材料,且在高温灵敏度更佳.     

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%.