Tm3+,Yb3+共掺钨酸钙多晶材料的上转换发光及荧光温度特性

采用高温固相法制备了Tm³⁺,Yb³共掺CaWO₄多晶材料. 980 nm二极管激光器激发下,在可见区获得了¹G₄→³H₆,¹G₄→³H₄,³H₂,³H₃→³H₆ 跃迁产生的上转换荧光. 讨论了Yb³⁺ 离子浓度的变化对Tm³⁺ 的上转换发光强度的影响,同时根据荧光强度比的方法研究了689 和705 nm 红色上转换荧光在313–773 K 范围内的温度特性. 结果表明：基于Tm³⁺,Yb³⁺ 共掺CaWO₄ 多晶材料的红色上转换荧光可以实现温度监测,其测温的最大灵敏度值为5.7×10^-4 K^-1,相应的测量温度为458 K. 关键词： 上转换发光 3+')" href="#">Tm³⁺ 钨酸钙 荧光温度传感     

试验优化设计Tm3+/Yb3+共掺钼酸钇钠荧光粉上转换发光性质的研究

为得到最大发光强度的Tm³⁺/Yb³⁺共掺钼酸钇钠荧光粉, 采用试验优化设计的方法建立发光强度与Tm³⁺/Yb³⁺掺杂浓度的回归方程, 再通过遗传算法优化算出方程的最大解. 利用高温固相法制备出了该解的Tm³⁺/Yb³⁺共掺钼酸钇钠荧光粉样品. 在980 nm抽运激发下, 测量了样品的上转换荧光发射谱, 分析了上转换发光机制, 在室温下观察到强烈的蓝光(476 nm)和微弱的红光(649 nm)发射, 其分别对应于Tm³⁺的¹G₄→³H₆ 和¹G₄ →³F₄ 跃迁. 在Tm³⁺/Yb³⁺ 上转换发光体系中, ¹G₄ 的上转换可见发射是双光子合作上转换能量传递过程. 并探讨了样品的温度效应, 发现该样品蓝光发光强度随温度升高而减弱, 并对其温度猝灭机理进行了解释. 关键词： 试验优化设计 上转换 钼酸钇钠 3+/Yb³⁺')" href="#">Tm³⁺/Yb³⁺     

石英基掺Tm3+包层抽运光纤激光器

在MCVD车床上利用“湿法”掺杂方法研制出纤芯高掺Ge的石英基掺Tm³⁺光纤预制棒,采用侧面研磨和抛光工艺制成横截面为正六边形的光纤预制棒.经拉丝,内层涂覆低折射率材料后制成包层抽运光纤.测试其吸收谱,并对光纤参数进行优化.通过在光纤两端紫外写入光纤Bragg光栅,制成线形光学谐振腔,在工作波长793nm的激光抽运下,获得工作波长1947.1031nm、功率2.05W的激光输出.由此证明这种光纤具有优异的光学特性. 关键词： 3+光纤')" href="#">石英基掺Tm³⁺光纤 光纤Bragg光栅 包层抽运 光纤激光器     

Tm3+/Yb3+共掺碲铅锌镧玻璃的能量传递和上转换发光

制备了Tm³⁺/Yb³⁺共掺TeO₂-PbO-ZnO-La₂O₃玻璃，研究了玻璃红外吸收光谱和980 nm激光抽运下上转换发光光谱，分析了上转换发光机制.基于Tm³⁺和Yb³⁺的能级图及上转换机制建立了速率方程，得出了稀土离子各能级的粒子数分布密度以及Tm³⁺与Yb³⁺之间的能量转移系数C_bi(i=0, 1,3).结果表明，随着PbO加入，Yb³⁺:²F_5/2与Tm³⁺:³H₄间的能量转移不断增加，上转换蓝光的发光强度明显增强. 关键词： 碲酸盐玻璃 上转换发光 能量传递 速率方程     

530 W全光纤结构连续掺铥光纤激光器

采用改进的化学气相沉积工艺结合溶液掺杂法制备了掺Tm³⁺石英光纤预制棒,并拉制成纤芯/包层尺寸约为25/400μm的双包层掺Tm³⁺光纤,通过电子探针显微分析测得其中Tm₂O₃和Al₂O₃的浓度分别为2.6 wt%和1.01 wt%,在793 nm处测得的包层吸收为3 dB/m.基于上述大模场掺Tm³⁺光纤,搭建了一个高功率全光纤主振荡功率放大结构的掺Tm³⁺光纤激光器,窄线宽掺Tm³⁺种子源经过一级放大后,最高输出功率达到530 W,对应的斜率效率为50%,输出激光的中心波长为1980.89 nm.实验中没有观察到明显的放大自发辐射和非线性效应,输出功率仅受限于抽运功率.该结果为目前国内2μm波段全光纤结构激光器实现的最高输出功率,验证了国产掺Tm³⁺石英光纤在高功率系统中的可靠性.     

Pr3+/Ho3+共掺Ge-Ga-Se玻璃的2.9 μm荧光特性的研究

采用熔融冷却法制备了系列Ho³⁺/Pr³⁺共掺的Ge₂₅Ga₁₀Se₆₅玻璃样品,测试了样品的吸收光谱以及908 nm激光抽运下的中红外荧光光谱和Ho³⁺离子⁵I₇能级寿命.计算了Ho³⁺:⁵I₇→⁵I₈发射截面和Pr³⁺:³H₄→³F₂吸收截面,讨论了Ho³⁺,Pr³⁺离子之间的能量转移效率及Pr³⁺离子浓度的影响.通过拟合Ho³⁺离子2.0 μm荧光衰减曲线判断能量转移机理.结果表明,Ho³⁺掺杂Ge₂₅Ga₁₀Se₆₅玻璃中引入Pr³⁺离子可以有效提高Ho³⁺离子的2.9 μm荧光强度. 关键词： 中红外发光 硫系玻璃 3+/Pr³⁺共掺')" href="#">Ho³⁺/Pr³⁺共掺     

石英基掺Yb3+光纤中Al3+共掺特性的研究

基于实验测试结果分析了用于大功率光纤激光器的石英基包层抽运掺Yb³⁺光纤中Al³⁺共掺的特性.揭示出在高掺Yb³⁺的石英基光纤中,共掺Al³⁺的摩尔浓度为Yb³⁺摩尔浓度的9—11倍时既可以减小Yb³⁺的浓度猝灭概率,又可以获得高吸收系数,同时还可更好地满足数值孔径的要求的结论.在此基础上利用MCVD设备并结合湿法掺杂工艺制作出多根石英基掺Yb³⁺光纤预制棒,对拉丝后光纤的相关参数测试表明,通过精确控制疏松层的沉积温度,掺Yb³⁺光纤在976 nm波长的吸收系数可高达620 dB/m,且重复性好.这一结论为共掺Al³⁺的掺Yb³⁺光纤制作提供了良好的借鉴作用. 关键词： 3+光纤')" href="#">石英基掺Yb³⁺光纤 3+共掺')" href="#">Al³⁺共掺 吸收系数 浓度猝灭     

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.     

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     

方波激发下Er3+上转换绿光发光动力学过程的研究

用方波电源驱动808 nm,980 nm激光二极管（LD）激发Er³⁺掺杂的亚碲酸盐氟氧化物玻璃,测量²H_11/2,⁴S_3/2能级上转换发光的上升和衰减,不同波长激发下的上升时间常数不同,说明808 nm LD和980 nm LD激发下²H_11/2,⁴S_3/2能级上转换激发途径不同.通过建立速率方程模型分析了⁴S_3/2能级的上升特性与中间能级寿命的关系,从而确定了两种波长激发下上转换绿光的激发机理. 关键词： 上转换 激发过程 3+')" href="#">Er³⁺ 方波激发     

掺Tm~(3+)和Tm~(3+)/Ho~(3+)共掺碲钨酸盐玻璃中能量转换过程和机理

本文研究了808nm激光二极管抽运下掺Tm3+和Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃的能量转换过程和机理.利用Dexter模型计算了能量转换微观参数和临界半径,分析了两者的变化特性;利用Vila等修正的Inokuti-Hirayama模型拟合了Tm3+的荧光衰减曲线.结果表明:Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃的能量转换过程中,不仅包含Inokuti-Hirayama作用方式,而且存在着局域性相互作用,并随着Tm3+和Ho3+的浓度增大,后者所占比例逐渐增大.     

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Ω_t(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τ_rad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980 nm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⁺:³F₄→³H₆能级间跃迁的1.8 μm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.     

高效率掺Tm~(3+)双包层光纤及光纤激光器的研制

掺Tm3+光纤激光器有着广泛的应用前景,而掺Tm3+光纤是其核心与关键.本文采用改进的化学汽相沉积(MCVD)工艺和气相液相复合掺杂技术,在MCVD机车上实现了掺Tm3+石英光纤预制棒的制备,并制备了掺Tm3+石英双包层光纤(芯包比为10/125).利用上述光纤搭建直腔型全光纤激光器,在波长为793nm的LD抽运下,获得激光光谱中心波长为2002 nm,最大的激光输出功率30.7 W,光纤斜率效率为59.32%.     

Ultraviolet and visible upconversion luminescence of Tm(0.1)Yb(5):FOV oxyfluoride nanophase vitroceramics

The ultraviolet upconversion luminescence of Tm³⁺ ions sensitized by Yb³⁺ ions in oxyfluoride nanophase vitroceramics when excited by a 975 nm diode laser was studied. An ultraviolet upconversion luminescence line positioned at 363.6 nm was found. It was attributed to the fluorescence transition of ¹D₂→³H₆ of Tm³⁺ ion. Several visible upconversion luminescence lines at 450.7 nm, (477.0 nm, 462.5 nm), 648.5 nm, (680.5 nm, 699.5 nm) and (777.2 nm, 800.7 nm) were also found, which result respectively from the fluorescence transitions of ¹D₂→³F₄, ¹G₄→³H₆, ¹G₄→³F₄, ³F₃→³H₆ and ³H₄→³H₆ of Tm³⁺ ion. The careful measurement and analysis of the variation of upconversion luminescence intensity F as a function of the 975 nm pumping laser power P prove that the upconversion luminescence of ¹D₂ state is partly a five-photon upconversion luminescence, and the upconversion luminescence of ¹G₄ state and ³H₄ state are respectively the three-photon and two-photon upconversion luminescence. The theoretical analysis suggested that the upconversion mechanism of the 363.6 nm ¹D₂→³H₆ upconversion luminescence is partly the cross energy transfer of {³H₄(Tm³⁺), ³F₄(Tm³⁺), ¹G₄(Tm³⁺)→¹D₂(Tm³⁺)} and {¹G₄(Tm³⁺)→³F₄(Tm³⁺), ³H₄(Tm³⁺)→¹D₂(Tm³⁺)} between Tm³⁺ ions. In addition, the upconversion luminescence of ¹G₄ and ³H₄ state results respectively from the sequential energy transfer {²F_5/2(Yb³⁺)→²F_7/2(Yb³⁺), ³H₄(Tm³⁺)→¹G₄(Tm³⁺)} and {²F_5/2(Yb³⁺) →²F_7/2(Yb³⁺), ³F₄(Tm³⁺)→³F₂(Tm³⁺)} from Yb³⁺ ions to Tm³⁺ ions. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 10674019)     

β-Na(Y1.5Na0.5)F6:Tm—A blue upconversion phosphor

A luminescent material β-Na(Y_1.5Na_0.5)F₆ doped with Tm³⁺ was synthesized by a solid-state reaction method for a steady phosphor of blue upconversion. Under the 671 nm laser excitation, the green emission band of 511 nm due to the ¹D₂→³H₅ transition is obtained for the first time, while the ultraviolet emission band is also observed at 368 nm, associated with the ¹D₂→³H₆ transition. Especially, a wide band of blue emissions is obtained at the wavelength region of 440-490 nm, originated mainly from the ¹D₂→³F₄ (450 nm) and ¹G₄→³H₆ (471-487 nm) transitions, which have potential application in tunable solid-state blue laser of Tm³⁺. The upconversion mechanism is explored in terms of the energy-level structures of Tm³⁺ ion and the power dependence of upconverted emission intensity, which is believed to be performed by excited-state absorption.     

激光二极管抽运下铥/镱共掺碲镓酸盐玻璃光谱特性研究

研究了808 nm和977 nm激光二极管抽运下铥/镱共掺TeO₂-Ga₂O₃-R₂O(R=Li，Na，K)玻璃光谱特性.利用Judd-Ofelt 理论计算了Tm³⁺离子在碲镓酸盐玻璃中自发辐射跃迁概率、荧光分支比和辐射寿命等光谱参数.在977 nm激光二极管抽运下，观测到Tm³⁺/Yb³⁺共掺碲镓酸盐玻璃很强的476 nm上转换蓝光(¹G₄→³H₆)和较弱的650 nm上转换红光(¹G₄→³H₄和³F_2，3→³H₆).分析表明476 nm蓝光发射为三光子吸收过程，650 nm红光发射为双光子和三光子混合吸收过程；而在808 nm激光二极管抽运下，玻璃上转换蓝色荧光为双光子吸收过程.实验发现，随着碱金属离子半径的增大，977 nm激光二极管抽运下蓝光上转换发光强度增强，而用808 nm激光二极管抽运蓝光上转换发光无明显的变化. 关键词： 碲镓酸盐玻璃 铥镱共掺 Judd-Ofelt 理论 上转换     

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     

Enhancement of upconversion luminescence in Tm/Er/Yb-codoped glass ceramic containing LiYF4 nanocrystals

A transparent Er³⁺–Tm³⁺–Yb³⁺ tri-doped oxyfluoride glass ceramics containing LiYF₄ nanocrystals were prepared. Under 980 nm laser diode (LD) pumping, intensive red, green and blue upconversion (UC) was obtained. The blue, green, and red UC radiations correspond to the transitions ¹G₄→³H₆ of Tm³⁺, ²H_11/2/⁴S_3/2→⁴I_15/2, and ⁴F_9/2→⁴I_15/2 of Er³⁺ ions, respectively. This is similar to that in Tm³⁺–Yb³⁺ and/or Er³⁺–Yb³⁺ co-doped glass ceramics. However, the blue UC radiations of the Er³⁺–Yb³⁺ co-doped glass ceramics is two-photon process due to cooperative energy transfer. The UC mechanisms were proposed based on spectral, kinetic, and pump power dependence analyses.     

Role of Al2O3 in upconversion and NIR emission in Tm and Er codoped calcium fluoro phosphorous silicate glass system

In this study, the principal role of Al₂O₃ on the features of the photoluminescence spectra of Tm³⁺ ion and upconversion phenomenon in Tm³⁺ and Er³⁺ codoped CaF₂−Al₂O₃−P₂O₅−SiO₂ glass system has been investigated. The concentration of Al₂O₃ is varied from 2 to 10 mol% while that of Er³⁺ and Tm³⁺ is fixed. IR and Raman spectral studies have indicated that there is a gradual increase in the degree of disorder in the glass network with increase in the concentration of Al₂O₃ up to 6.0 mol%. This is attributed to the presence of Al³⁺ ions in octahedral positions in larger proportions. When the glasses are doped with Tm³⁺ ions, the blue and red emissions were observed, whereas in Er³⁺ doped glasses blue, green and red emissions were observed. When the glasses are codoped with Tm³⁺ and Er³⁺ ions and excited at 790 nm, all the three emission lines were observed to be reinforced, especially in the glasses mixed with 6.0 mol% of Al₂O₃. The IR emission band detected at about 1.8 μm due to ³F₄→³H₆ transition of Tm³⁺ ions is also observed to be strengthened due to codoping. The reasons for enhancement in the intensity of various emission bands due to codoping have been identified and discussed with the help of rate equations for various emission transitions.