Yb3+,Er3+:YAG透明陶瓷的制备和1.5 μm波段光谱性能研究

采用固相法和真空烧结技术制备了5at%Yb³⁺,2at％Er³⁺:YAG透明陶瓷.在1760 ℃真空烧结30 h后, 陶瓷样品具有较高透过率.SEM观察表明制备的透明陶瓷在晶粒和晶界处无气孔、第二相的存在.样品的吸收光谱和荧光光谱的测试结果表明: Yb³⁺在940nm波长处有具有较强的吸收系数.样品在1030nm波长的荧光寿命仅为0.274 ms,以及在1.5μm波段的荧光衰减寿命曲线中,初始的荧光强度呈上升趋势,这些表明了Yb,Er:YA 关键词： Er Yb:YAG透明陶瓷 1.5 μm荧光光谱 Judd-Ofelt理论     

Er3+/Yb3+共掺的氧化镧钇透明陶瓷的光谱性能研究

采用传统无压烧结工艺制备了Yb3+/Er3+共掺的氧化镧钇透明陶瓷并对其光谱性能进行了研究.样品具有较大的吸收和发射截面.La2O3的添加使样品的荧光寿命(τs)与玻璃接近,当Yb3+和Er3+的掺杂量分别为5at%和0.5at%时,测得τs=9.65 ms.这种荧光寿命长、发射截面大和线宽窄的特性有利于微型、可集成化和大功率激光输出的实现.     

Ce3+对Er3+/Yb3+共掺氟磷酸盐玻璃光谱性质的影响

研究了能量接受离子Ce3+对Er3+上转换发光强度以及Er3+在1.5 μm附近波段发光性能参数的影响,并从能量匹配及能级结构角度出发对Er3+/Ce3+间的能量转移机制进行了分析.分析认为,4 I11/2能级的Er3+通过无辐射能量转移把能量传递给2F5/2能级的Ce3+激发其跃迁至2F7/2能级,而4I11/2能级上的Er3+则无辐射弛豫至4I13/2能级,从而有效降低氟磷酸盐玻璃中Er3+的上转换发光.当Er3+浓度为1.11×1020 cm-3时,Ce3+的最佳掺杂浓度为2.22×1020 cm-3,此时Ce3+的引入不仅可以降低上转换发光,而且有助于提高Er3+在1.5 μm附近波段的荧光强度、发射截面以及4I13/2能级荧光寿命.     

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 6 5TeO2 2 5WO3 10RmOn(RmOn =PbO ,BaO) ,(6 5 +x)TeO2 (2 5 x)WO3 10La2 O3(x=0 ,5 ,10 ) ,(6 0 +x)TeO2 (30 x)WO3 10Bi2 O3(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Bi2 O3的碲钨酸盐玻璃外 ,其余玻璃样品均没出现析晶开始温度 (Tx) ,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Ωt(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Er3+ 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4 I1 3 2 能级寿命 (τm =3— 3 .4ms) .应用McCumber理论计算了Er3+ 在 1. 5 μm处的受激发射截面 (σpeak=0 . 6 8— 1. 0 3× 10 - 2 0 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 .     

高折射率Nd,La共掺杂氧化钇透明陶瓷的光谱性质及其Judd-Ofelt理论分析

采用液相法和真空烧结技术制备了2.0%Nd,3.0%La共掺杂Y2O3透明陶瓷样品.样品晶粒均匀,大小在22μm左右,在晶粒和晶界处都未见气孔.元素线扫描结果表明,Nd离子和La离子均匀地分布于陶瓷晶粒和晶界处.并测试了样品的吸收光谱和荧光光谱.样品在主吸收峰821nm处的吸收截面为4.3×10-24m2,主荧光发射峰位于1078nm处,实测荧光寿命为0.287ms.采用Judd-Ofelt理论计算了Nd3+在掺La氧化钇陶瓷晶体场中的强度参数Ωλ(λ=2,4,6),自发辐射概率、辐射寿命、荧光分支比等光谱参数.通过F-L公式计算得到2.0%Nd,3.0%La共掺杂Y2O3透明陶瓷中Nd3+的4F3/2→4I11/2跃迁对应的受激发射截面大小为2.0×10-24m2.结果表明,La离子的掺入可以调节氧化钇透明陶瓷的晶体场,有助于制备符合实际需求的固体激光器材料.     

Yb3+,Er3+离子共掺磷酸盐铒玻璃的Judd-Ofelt光谱参数与光谱性质

研究了含Er3+离子浓度较高(155×1020cm-3)的磷酸盐玻璃中Yb3+敏化离子浓度和Al2O3含量对Er3+离子光谱性质的影响.根据掺Er3+磷酸盐玻璃的吸收光谱,利用JuddOfelt理论计算了强度参数Ωt(t=2,4,6)、Er3+离子的4I132→4I152能级跃迁振子强度、自发辐射几率等光谱参数.用McCumber理论计算了Er3+离子的受激发射截面,结果表明Yb3+离子浓度不影响Er3+离子的受激发射截面,但会影响Er3+离子荧光强度,Yb3+含量越高,Er3+的荧光越强.对掺Er3+磷酸盐玻璃的荧光上转换光谱测试表明,Yb3+含量越高,上转换荧光越强,玻璃上转换主要表现为双光子吸收机理研究了含Er3+离子浓度较高(155×1020cm-3)的磷酸盐玻璃中Yb3+敏化离子浓度和Al2O3含量对Er3+离子光谱性质的影响.根据掺Er3+磷酸盐玻璃的吸收光谱,利用JuddOfelt理论计算了强度参数Ωt(t=2,4,6)、Er3+离子的4I132→4I152能级跃迁振子强度、自发辐射几率等光谱参数.用McCumber理论计算了Er3+离子的受激发射截面,结果表明Yb3+离子浓度不影响Er3+离子的受激发射截面,但会影响Er3+离子荧光强度,Yb3+含量越高,Er3+的荧光越强.对掺Er3+磷酸盐玻璃的荧光上转换光谱测试表明,Yb3+含量越高,上转换荧光越强,玻璃上转换主要表现为双光子吸收机理 关键词： Er3+离子 磷酸盐玻璃 光谱性质 JuddOfelt参数     

Yb∶FAP晶体的光谱特性

研究了Yb∶FAP晶体的光谱特性.用980nm的InGaAs激光二极管激发测量了Yb∶FAP晶体的偏振发射光谱和荧光寿命,结合晶体的偏振吸收光谱,采用对易法计算了晶体的吸收截面和发射截面.讨论了Yb3+掺杂浓度对Yb∶FAP的光谱参数的影响.在较低掺杂浓度下,Yb∶FAP晶体π偏振方向在903nm处的吸收截面为10×10-20cm2,在1.043μm处的发射截面为5.8×10-20cm2,激光上能级的荧光寿命为1.1ms.比较了Yb∶FAP晶体和Yb∶YAG晶体的光谱性能参数.     

Er3+及Er3+/Yb3+共掺铋酸盐玻璃光谱性质研究

制备了Ed3+及Ed3+/Yb3+共掺铋酸盐玻璃,测试了样品的吸收光谱、荧光光谱.应用Judd-Oflet理论计算了Er3+在铋酸盐玻璃中的光谱强度参数,分别为Ω2=(5.47-2.92)×10-20cm2,Ω4=(2.16-1.22)×10-20cm2,Ω6=(1.29-0.80)×10-20cm2.比较了Er3+及Er3+/Yb3+共掺铋酸盐玻璃在980 nm附近的吸收截面和1.5μm的荧光发射光谱强度,Er3+/Yba+共掺铋酸盐玻璃的荧光光谱半高宽达到91 nm,比Er3+单掺铋酸盐玻璃大15 nm.用McCumber理论计算了Ed3+在1.5 μm的受激发射截面σe=1.00×10-20cm2.比较了Ed3+在不同基质中的光谱特性,结果表明铋酸盐玻璃更适合作为掺铒光纤放大器的基质材料.     

Er3+:GdVO4中Er3+离子的光谱参数计算和晶场中能级分裂的讨论

对Er3+:GdVO4样品的光谱参数以及Er3+在晶场中能级的分裂情况进行了研究.首先对样品进行了吸收光谱的测量,接着用Judd-Ofelt理论拟合出了Er3+在GdVO4晶体中的强度参量Ωt,并由此计算了跃迁的振子强度、自发辐射跃迁速率、荧光分支比和积分发射截面.通过计算结果可以发现有较多能级之间的跃迁都有大于10-6的振子强度和大于10-18 cm的积分发射截面,并且具有较高的荧光分支比,特别是2H11/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2,4F9/2→4I15/2和4I13/2→4I15/2等几个强发光能级除了具有较大的振子强度和积分发射截面外还有很好的应用前景,因此也更加值得关注.最后还利用群论讨论了Er3+离子在GdVO4晶场中各能级的分裂情况并对各Stark子能级的Jz混杂情况进行了分析.     

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 %。     

高Yb~(3+)/Er~(3+)掺杂的磷基有源光纤材料的光谱性质

研究了Yb3+/Er3+共掺60P2O5-15BaO-10Al2O3-5ZnO-10R2O(R=Na,K)以P2O5为主体的磷基有源光纤材料的光谱性质,以及不同Yb3+/Er3+掺杂浓度对光谱性质的影响规律。当Er3+浓度为9.100×1019/cm3、Yb3+的掺杂浓度为5.407×1020/cm3、Yb3+/Er3+浓度比为6∶1时,玻璃样品在1 531 nm处的受激发射截面最大,为6.17×10-21cm2。同时,其荧光寿命为9.73 ms,荧光半高宽为53.16 nm,发射截面与半高宽的乘积为3.28×10-32m3,综合性能最佳。     

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.     

Yb3+和Er3+共掺杂的Y2O3,Y2O2S和NaYS2粉末材料的上转换发光

在980 nm LED激光器激发下,研究了Yb3+-Er3+共掺杂的Y2O3,Y2O2S和NaYS2粉末材料的上转换发射特性。比较了Y2O3∶0.20 Yb3+,0.03Er3+和Y2O2S∶0.20 Yb3+,0.03Er3+以及NaYS2:0.20 Yb3+,0.03Er3+粉末样品的上转换发光光谱,探讨了Er3+上转换发射对基质的依赖性,分析了S2--Yb3+和S2--Er3+电荷转移态对Yb3+-Er3+间能量传递和能级间跃迁几率的影响,借助于能级图解释了在不同基质中Yb3+-Er3+间的能量传递和Er3+的上转换发光机制。     

Yb:FAP晶体的光谱特性

研究了Yb:FAP晶体的光谱特性.用980nm的InGaAs激光二极管激发测量了Yb:FAP晶体的偏振发射光谱和荧光寿命,结合晶体的偏振吸收光谱,采用对易法计算了晶体的吸收截面和发射截面.讨论了Yb³⁺掺杂浓度对Yb:FAP的光谱参数的影响.在较低掺杂浓度下,Yb:FAP晶体π偏振方向在903nm处的吸收截面为10×10^-20cm²,在1.043μm处的发射截面为5.8×10^-20cm²,激光上能级的荧光寿命为1.1ms.比较了Yb:FAP晶体和Yb:YAG晶体的光谱性能参数.     

Er3+/Yb3+共掺碲硼硅酸盐玻璃的光谱性质和热稳定性研究

制备了系列Er3+/Yb3+共掺碲硼硅酸盐玻璃样品(85-x)TeO2-15B2O3-xSiO2(TBS X=0,5,10,15,20 mol%).测试和分析了样品的吸收光谱、荧光光谱、能级寿命、红外透射光谱及差热特性.并通过对Er3+离子4I13/2→4I15/2跃迁发射谱线的高斯拟合,设计了一个简单的四能级结构估算了Er3+离子4I13/2和4I15/2能级在碲硼硅酸盐中的Stark分裂情况.研究表明SiO2的引入能有效地改善玻璃的热稳定性和光谱性能,玻璃析晶温度Tx与玻璃转变温度Tg之差(△T=Tx-Tg)可达178℃,说明碲硼硅酸盐是一种适合于光纤拉制的玻璃基质材料.比较了不同基质玻璃中Er3+离子的荧光半高宽和受激发射截面,结果表明TBS玻璃系统具有较好的带宽性能,是一种优良的宽带光纤放大器候选基质材料.     

Ho:YVO_4晶体中Ho~(3+)光谱参数的计算

根据Ho3+在Ho :YVO4 晶体的吸收谱和 0 6～ 2 1μm波段的荧光谱 ,用J O理论计算了Ho3+的强度参数Ωλ ,并由此计算了激发能级的振子强度、自发辐射跃迁几率、荧光分支比和积分发射截面等光谱参数 ,讨论了Ho :YVO4 晶体作为红外激光材料的可能性。     

铋酸盐铒玻璃在1.54 μm处的荧光特性研究

用高温熔融法制备了Er3+单掺和Er3+ /Yb3+共掺铋酸盐玻璃,测量了上述玻璃样品的吸收光谱、荧光光谱、荧光半高宽和荧光寿命.对高浓度掺杂Er3+时的浓度猝灭现象给出了解释.分析了Er3+ /Yb3+双掺样品中Yb3+对Er3+的敏化过程.在对Er3+ /Yb3+共掺时的研究结果发现, Er3+浓度的变化对荧光半高宽和荧光寿命有显著影响,而Yb3+浓度的变化则对吸收光谱和荧光光谱的强度影响显著.实验获得了Er3+ /Yb3+共掺铋酸盐玻璃在1. 54μm处荧光半高宽达76nm,荧光寿命为0. 55ms.     

掺Yb3+氧化镧钇透明激光陶瓷的光谱特性

采用传统陶瓷烧结工艺,在无压还原气氛下低温制备出透明性良好的掺Yb3+氧化镧钇透明激光陶瓷,测试了其在室温下的吸收光谱、发射光谱和荧光寿命.结果表明,掺Yb3+氧化镧钇透明激光陶瓷的吸收系数随着Yb3+掺杂浓度的增加而增大,最强吸收峰974nm处的吸收截面为0.90～1.12×10－20 cm2;主发射峰1 032 nm和1 075 nm处的发射截面分别为1.05×10－20 cm2和0.87×10－20 cm2; Yb3+掺杂浓度为5at.%时荧光寿命为1.38 ms,并随Yb3+掺杂浓度的增加而减小;当Yb3+掺杂浓度超过10at.%时,样品中存在严重的浓度猝灭.产生浓度猝灭的原因是高掺杂时离子间存在合作上转换和能量转移.     

Er3+/Yb3+共掺的氧化镧钇透明陶瓷的光谱性能研究

采用传统无压烧结工艺制备了Yb³⁺/Er³⁺共掺的氧化镧钇透明陶瓷并对其光谱性能进行了研究.样品具有较大的吸收和发射截面.La₂O₃的添加使样品的荧光寿命(τ_s)与玻璃接近，当Yb³⁺和Er³⁺的掺杂量分别为5at%和0.5at%时，测得τ_s=9.65　ms.这种荧光寿命长、发射截面大和线宽窄的特性有利于微型、可集成化和大功率激光输出的实现. 关键词： 透明陶瓷 吸收光谱 发射光谱 荧光寿命     

荧光俘获效应对掺铒氧化物玻璃光谱性质的影响

测试了不同掺杂浓度和样品厚度下掺铒磷酸盐和碲酸盐玻璃的吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命,计算了Er3+离子在1.53 μm处的吸收截面(σa)、发射截面(σe)、自发辐射跃迁概率(Arad)、辐射跃迁寿命(τrad)、以及辐射跃迁量子效率(η)等光谱参数.讨论了荧光俘获效应对掺铒磷酸盐和碲酸盐玻璃光谱性质及光谱参数的影响.结果表明即使在铒离子低掺杂浓度(0.1 mol% Er2O3)下,荧光俘获效应也普遍存在于掺铒玻璃材料中,使得荧光寿命(τf)和荧光半高宽(FWHM)随样品的厚度和铒离子掺杂浓度增加而增大,导致碲酸盐和磷酸盐玻璃中τf分别增加11%-37%和6%-17%,FWHM分别增加15%-64%和11%-55%,使得掺铒玻璃材料的放大品性参数(σe×FWHM) 也相应被估高.由于铒离子在碲酸盐玻璃中在1.53 μm处吸收和发射截面重叠面积较大,加之铒离子在前者基质中的发射截面高于后者,使得掺铒碲酸盐玻璃中的荧光俘获效应高于磷酸盐玻璃.