Er/Yb共掺体系的光致荧光行为及相关物理过程研究

采用固相反应方法，制备了Er₂O₃浓度固定为0.5mol%，Yb₂O₃浓度范围为0.0mol%—5.5mol%的Er/Yb共掺激光玻璃.通过吸收光谱、光致荧光光谱和上转换荧光光谱，研究了Yb₂O₃浓度对Er³⁺荧光特性的影响，并探讨了相关的物理机制.研究结果表明：Yb³⁺共掺对Er³⁺的⁴ 关键词： Er/Yb共掺 光致荧光 能量传递 合作上转换     

Er/Yb共掺硅酸盐玻璃的光致发光

采用固相反应方法，制备了Er³⁺离子浓度为0.5 at.%，Yb掺杂浓度范围为0.0— 6.0 at.%的Er/Yb共掺激光玻璃，并对激光玻璃的吸收光谱和光致荧光光谱进行了分析.研究 结果显示，Yb³⁺掺杂对Er³⁺在980 nm附近的吸收起到了非常显著的 增强作用.在 980 nm的激光抽运下，激光玻璃在1530 nm处的光致发光强度随着Yb离子浓度 的增加而先增大后减小， 当Yb³⁺离子浓度为Er³⁺离子浓度6倍时光 致发光强度达到最大值.同时还发现了Yb³⁺对Er³⁺的光致荧光光谱 的展宽作用，并讨论了荧光光谱的展宽机理. 关键词： Er/Yb共掺玻璃 光致发光 吸收光谱     

Modelling of diffractive structures in photorefractive Er/Yb–co-doped glass waveguides

The photorefractive properties of Ge-doped glasses are routinely exploited for the production of Bragg gratings in optical fibres. Today, the most common fabrication procedure relies on the phase-mask technique, which allows to produce (through UV irradiation) a periodical refractive index variation in Ge-doped fibre cores. The same methodology can be applied to integrated optical components in photorefractive glass planar substrates. If rare earth ions (such as erbium and ytterbium) are included in the glass matrix, both active and photorefractive properties can be combined in the same material. This fact allows for the possibility of realizing complex integrated optical components, such as Bragg-reflection lasers and amplifiers. In this work, a numerical analysis of a waveguide Bragg reflector is presented based on a homemade modelling technique.     

Supercontinuum generation by combining clad-pumped Er/Yb co-doped fiber amplifier and highly nonlinear photonic crystal fiber

We present an experimental study on supercontinuum generation by combining a clad-pumped Er/Yb co-doped fiber amplifier (EYDFA) and a highly nonlinear photonic crystal fiber (HNL-PCF). By using the nonlinear polarization rotation technique, a stable femtosecond optical pulse seed signal with a central wavelength of 1556.36 nm and a spectral line width of ∼5.6 nm has been obtained. Then, this pulsed seed signal is amplified by the EYDFA, the amplified pulse, which, with the broaden spectrum, propagates in the HNL-PCF. The 20 dB bandwidth of ∼520 nm from 1230 to 1750 nm is obtained.     

Modelling of 980 nm pumped EDWAs: Spectroscopic variations associated to fabrication process

In this work the optical amplification, in the small signal regime, at 1.5 m in Zn-diffused, proton exchange and reverse proton exchange Er³⁺-doped waveguide amplifiers (EDWAs) based on LiNbO₃ under 980 nm excitation has been modelled, including the dominant up-conversion channel activated by this pumping wavelength. The overlapping integrals method has been used to investigate how the spectroscopic changes, induced by the waveguide fabrication technique, affect the optical amplifier performance. In particular, it has been found that either the amplifier threshold and the maximum gain achievable are spectroscopy-dependent and therefore fabrication-dependent.     

Er3+,Yb3+共掺磷酸盐玻璃沟道波导放大器

在自行研制的Er3 ，Yb3 共掺磷酸盐玻璃基质上用离子交换方法制作出沟导光波导放大器。在110mW的抽运功率下(抽运光波长为980nm)，在1．8cm长的器件上获得了3．8dB的小信号(信号光波长为1．55μm)增益，单位长度上的增益为2．1dB／cm。     

油酸修饰的LaF3:Er,Yb纳米颗粒的光学特性及有机-无机复合型光波导放大器

采用微乳液法制备了LaF3:Er,Yb纳米颗粒,在有机-无机杂化材料中有良好的溶解性,掺杂质量比可达到50%。通过TEM观察到纳米颗粒的粒径为6~10 nm;XRD的测试结果表明材料中形成了LaF3六方晶体结构;荧光发射谱的测试表明纳米颗粒的荧光半峰全宽为79 nm;通过时间相关单光子计数法测得铒离子4I13/2能级的寿命为100μs。结合半导体工艺,制备了嵌入条形结构的平面光波导放大器,在信号光(1 550nm)功率为0.2 mW,泵浦光(980 nm)功率为188 mW的条件下,在1.9 cm的样品上得到了3.2 dB的相对增益;同时分析了散射损耗随颗粒大小的变化关系。     

980 nm激发下Er3+/Yb3+共掺杂ZrO2-Al2O3粉末的上转换发光特性

通过固相反应法制备了Er3+/Yb3+共掺杂ZrO2-Al2O3粉末的样品,并对样品在980nm激光激发下的上转换发光特性进行了研究.从发射光谱可以发现,在可见光范围内有3个强的发光带,一个位于654nm附近的红光带和两个分别位于545nm、525nm附近的绿光带,分别对应于Er3+离子的以下辐射跃迁:4F9/2→4I15/2、4S3/2→4I15/2、2H11/2→4I15/2.其中又以Er3+离子的4F9/2→4I15/2跃迁产生的红色荧光辐射最强.对其上转换发光机制进行了分析,发现这三个发光过程都是双光子过程.对样品粉末进行了XRD检测,发现ZrO2主要以立方相为主,并且计算得到了这种立方结构的晶格常数.Al2O3固溶于ZrO2中,Al3+嵌入ZrO2后产生氧空位,导致ZrO2晶体的对称性降低,这种结构变化更有利于提高上转换效率,即上转换发光强度增强.     

镱铒共掺Al2O3光波导放大器的净增益特性

将中频磁控溅射方法沉积制备的镱铒共掺Al2O3薄膜刻蚀成矩形截面、直线通道的光波导放大器.测量了净增益与抽运功率的关系,结果表明：净增益随抽运功率近似线性增加,阈值抽运功率为18 mW;抽运功率为68 mW时,长2.24 cm 的光波导放大器净增益为8.44 dB.数值模拟结果显示,相同抽运功率下的净增益为10.6 dB.     

退火温度对Er/Yb共掺Al2O3薄膜的光致荧光光谱的影响

通过对不同退火条件下Er/Yb共掺Al_２O_３薄膜光致荧光(PL)光谱的 系统分析，研究了高Er/Yb掺杂浓度所导致的晶体场变化对薄膜PL光谱的影响，并结合薄膜结构分析，探讨了Al_２O_３薄膜的结晶状态在Er^３＋激活、PL光谱宽化 中的作用及可能的物理机理.研 究结果表明：退火处理所导致的Er^３＋ PL光谱的变化与薄膜的微观状态之 间有着密 切的联系.在600—750℃范围内，薄膜呈非晶态结构，薄膜荧光强度的增加主要是薄膜内缺 陷减少所致；在800—900℃范围内，γ-Al_２O_３相的出现是导致荧 光强度明显增加的主 要原因；当退火温度为1000℃时，Er，Yb的大量析出致使荧光强度的急剧下降.此外，对PL 光谱线形分析表明，各子能级跃迁的相对强度变化是导致荧光光谱宽化的主要因素. 关键词： Er/Yb共掺 ２O_３薄膜')" href="#">Al_２O_３薄膜 光致荧光     

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。     

Yb3+掺杂浓度对Er3+/Yb3+共掺SiO2-Al2O3-La2O3玻璃光谱性质的影响

测量了不同Yb3+ 离子掺杂浓度下 ,Er3+ /Yb3+ 共掺SiO2 Al2 O3 La2O3玻璃的吸收光谱、荧光光谱和Yb3+离子2 F5/ 2 的能级寿命 ,应用迈克康伯 (McCumber)理论计算了Er3+ 的受激发射截面σemi,讨论了Yb3+ 离子浓度对其自身吸收性质、Er3+ 离子发光性质 ,以及Yb3+ →Er3+ 能量传递效率 (η)的影响 ,初步探明该基质玻璃中Yb3+ 离子掺杂数浓度的最佳范围为 3 .94× 1 0 2 0 cm- 3至 5 .92× 1 0 2 0 cm- 3,在此掺杂范围内 ,Yb3+ 离子的最大吸收系数为9.8cm- 1 ,Er3+ 的峰值发射截面和Yb3+ →Er3+ 能量传递效率 (η)分别为 0 64× 1 0 - 2 4 m2 和 92 %。     

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。     

Er3+单掺和Er3+/Yb3+双掺铋硼酸盐玻璃的研究

用高温熔融法制备了Er^3 单掺和Er^3 /Yb^3 双掺铋硼酸盐玻璃样品，测量了上述玻璃样品的吸收光谱，荧光光谱，荧光寿命以及红外透过率。对高浓度掺杂Er^3 的铋硼酸盐玻璃中的浓度猝灭现象作出了解释。分析了Er^3 ／Yb^3 双掺铋硼酸盐玻璃样品中Yb^3 离子对Er^3 离子的敏化过程。研究发现Er^3 ／Yb^3 双掺铋硼酸盐玻璃在1．5～1．6μm波段有宽达81nm的荧光半峰全宽。实验还发现在熔制过程中通入氧气对其荧光寿命和红外透过率都有明显的提高。由于该玻璃材料表现出较好的物化性能。因此该材料可望成为宽带光纤放大器的适宜的基质材料。     

Er^3＋／Yb^3＋共掺杂ZnO粉末的上转换发光特性

采用高温氧化法制备了Er3 /Yb3 共掺杂ZnO粉。通过X射线衍射和扫描电镜对其进行了成分和组织结构分析,发现样品主要由ZnO和YbF3组成。在ZnO中测量到少量Er3 和Yb3 ,而YbF3中无Er3 ,故发光主要是由ZnO产生的。在980nm半导体激光器的激发下,观察到由处于激发态能级4F9/2,4S3/2,2H11/2和2H9/2的Er3 离子向基态4I15/2跃迁时发出的波长依次为658,538,522和409nm的上转换发光。在488nmAr 激光器的激发下,观察到了较强的409nm的紫光,466和450nm的弱蓝光以及379nm的紫外光,分别对应于Er3 离子的2H9/2→4I15/2,2P3/2→4I11/2,4F3/2/4F5/2→4I15/2,4G11/2→4I15/2等跃迁。上转换发光强度随激发功率的变化关系表明,488nm激发下紫色上转换荧光为双光子过程,主要是通过Er3 /Yb3 离子间正向和反向的能量传递来实现的。     

Er3+/Yb3+ Codoped Phosphate Glass for Ion-Exchanged Planar Waveguide Amplifiers

A novel Er3+/Yb3+ codoped phosphate glass was developed, which exhibited good chemical durability in molten salts and excellent spectroscopic properties. Preliminary results of ion exchange at different time and temperature, and with varying melt concentrations indicated that WM4 glass was suitable for ion-exchange experiments and there was no deterioration of surface quality.     

Excitation of Intra-4f Shell Luminescence of Rare Earth Ions (Er3+ and Yb3+) by the Energy Transfer from Si Nanocrystals

Photoluminescence (PL) properties of SiO₂ films containing Si nanocrystals (nc-Si) and Er³⁺ (Yb³⁺) were studied. PL peaks attributable to the recombination of electron–hole pairs in nc-Si (1.5eV) and the intra-4f shell transition of Er³⁺ (0.81eV) (Yb³⁺ (1.26eV)) were observed simultaneously at room temperature. Correlation of the two peaks was studied as a function of nanocrystalline size. It was found that the intensity of the Er³⁺-related (Yb³⁺-related) peak increases drastically as the size of nc-Si decreases. Temperature dependence of PL spectra was studied. In the case of Yb-doped samples, temperature quenching of the PL became small as the size decreased, while in the case of Er-doped samples, no remarkable temperature dependence was observed. Two major features of the quantum size effects of nc-Si, i.e., the band-gap widening and the increase in the PL efficiency with decreasing the size, are thought to contribute to the improvement of room temperature PL efficiency of Er³⁺ (Yb³⁺).     

Er3+单掺及Yb3+/Er3+双掺LaLiP4O12玻璃光谱性质研究

制备了Er3 +单掺杂及Yb3+/Er3+双掺杂四磷酸盐玻璃 ,测量了吸收光谱、荧光光谱 ,用McCumber理论计算Er3 +的发射截面 ,研究了其荧光特性、浓度猝灭及其机制、以及OH基对荧光强度和能量传递的影响 ,研究发现对四磷酸盐玻璃Yb3+的最佳浓度约为 1.82× 10 2 1ions/cm3,Er3+最佳浓度约为 0 .96× 10 2 0 ions/cm3。     

LaF3∶Er,Yb纳米颗粒掺杂有机/无机杂化材料制备光波导放大器及特性研究

采用LaF₃∶Er,Yb纳米颗粒掺杂有机/无机杂化材料作为有源材料,制备了掩埋条形结构光波导放大器,研究了放大器在室温下的增益特性和波导中的频率上转换现象. 当抽运功率60 mW时,波导中明显可见绿色上转换发光,观测到Er³⁺从²H_9/2,²H_11/2,⁴S_3/2,⁴F_9/2到基态⁴I_15/2跃迁分别对应的4个波长分别为405?nm, 520?nm, 544?nm和650?nm的发射峰,分析了其产生机理. 当输入信号光06?mW,抽运功率160 mW时,在1535?nm波长处获得15 dB/cm的相对增益. 关键词： 光波导放大器 增益 上转换     

高浓度Er/Yb共掺ZnO薄膜的结构及室温光致发光特性

采用射频磁控溅射方法制备了Er/Yb共掺ZnO薄膜,研究了退火处理对高浓度Er/Yb共掺ZnO薄膜的结构演化和光致发光(PL)特性的影响。X射线衍射分析结果表明:Er/Yb掺杂导致ZnO薄膜的晶粒细化及择优取向性消失,ZnO晶粒随退火温度的增加而逐渐长大。900℃退火时,出现Er3 、Yb3 偏析,退火温度高于1000℃时,薄膜与基体间发生了界面反应,1200℃时,ZnO完全转变为Zn2SiO4相。光致发光测量结果表明:高于900℃退火处理后,Er/Yb共掺ZnO薄膜在1540 nm附近具有明显的光致发光,发光强度在退火温度为1050℃时达到最大值;光致发光光谱呈现典型的晶体基质中Er3 离子发光光谱所具有的明锐多峰结构特征。此外,探讨了薄膜结构演化及其对光致发光光谱的影响。