Ho3+/Tm3+共掺Ge-Ga-S-CsI玻璃的2.0μm中红外发光特性的研究

用熔融急冷法制备了系列Ho3+/Tm3+共掺的78GeS2-12Ga2S3-10Csl玻璃样品,测试了样品的吸收光谱以及808 nm激光泵浦下的2μm中红外荧光光谱.用Judd-Ofelt理论计算了Ho3+离子在78GeS2-12Ga2S3-10CsI硫卤玻璃中的强度参数Ω(i=2,4,6)、自发辐射跃迁概率Arad和...     

双卤化物共掺新型硫系多光谱玻璃的制备及性能

利用传统熔融-淬冷工艺制备了65GeS_2-15Ga_2S_3-(20-x)CsCl-xCsI(x=0,5,10,15,20)系列硫卤玻璃;通过测试该系列玻璃样品的密度、显微硬度、可见/近红外吸收光谱、红外透射光谱、喇曼谱、XRD衍射谱、玻璃转变温度等,对其进行了系统研究.结果表明:该系列玻璃具有较宽的成玻范围,在0.42~12μm范围内具有良好的透过率;随着CsI含量(mol%)的增加,玻璃的密度逐渐增大;随着CsCl含量(mol%)的增加,光学带隙以及硬度逐渐增大;玻璃样品的玻璃转变温度随Cl~-、I~-的共掺比例发生明显变化,当Cl~-(mol%):I-(mol%)=1时,玻璃转变温度最低.     

Ag纳米颗粒增强的Ho~(3+)/Tm~(3+)共掺铋锗酸盐玻璃的2μm发光研究

采用基于传统熔融淬冷技术的热化学还原法制备了系列Ag纳米颗粒复合Ho3+/Tm3+共掺铋锗酸盐玻璃样品,研究了Ag纳米颗粒含量对玻璃2μm发光特性的影响.结果表明,Ag纳米颗粒的表面等离子体共振带位于500—900 nm,峰值位于650 nm,透射电子显微镜图像中观察到均匀分布的Ag纳米颗粒,尺寸约为5—10 nm.通过测试玻璃样品在1.7—2.3μm波段的荧光光谱发现,Ag掺杂后Ho3+离子2μm处的荧光强度得到了极大的提高,其中AgCl掺杂质量分数为0.3%时的荧光强度比未掺杂时的荧光强度增强10倍,这归因于Ag纳米颗粒的局域场增强作用.计算得到Ho3+离子的吸收截面为0.491×10-20cm-2,发射截面为1.03×10-20cm-2,当增益系数为0.2时即可实现正的增益.     

Ge_(28)Sb_6S_((66-x))Se_x玻璃系统光学特性与结构

采用熔融-急冷法制备了系列Ge28Sb6S(66-x)Sex(x=0,10,20,30摩尔比)硫系玻璃样品.分别测试了样品的密度、折射率、可见-近红外透过光谱、红外透过光谱以及喇曼光谱,并分析了在Ge-Sb-S中引入Se对其物理、光学特性的影响.利用喇曼光谱讨论了玻璃的结构与特性之间的关系.结果表明:随着Se含量的增加,样品的密度和线性折射率都增大,可见和红外截止波长都发生红移,纯硫化物玻璃样品主要由GeS4四面体和SbS3三角锥组成,随着Se逐渐代替S,硫-硒混合样品中逐渐出现了GeS4-xSex结构单元以及链状和环状的Se-Se键.     

Tm~(3+)掺杂Ge-Ga-Se玻璃中红外发光特性与多声子弛豫分析

用熔融急冷法制备了系列不同Tm3+掺杂浓度的Ge30Ga5Se65玻璃样品,测试了样品折射率、拉曼光谱、吸收光谱以及800nm激光泵浦下的近红外及中红外波段荧光光谱和荧光寿命。用Judd-Ofelt理论计算了Tm3+在Ge30Ga5Se65玻璃中的强度参数Ωi(i=2,4,6)、自发辐射跃迁概率A、荧光分支比β和辐射寿命τrad等光谱参数。讨论了800nm激光泵浦下掺杂1Wt%Tm3+样品在近红外1.23,1.48和1.8μm处的发光特性及各量子效率,研究了800nm激光泵浦下的样品中红外荧光特性与掺杂浓度之间的关系,计算了常温下该基质玻璃中Tm3+:3H5→3F4跃迁对于3.8μm处的多声子弛豫速率Wmp和Ge30Ga5Se65玻璃基质中多声子弛豫常数W(0)和电子-声子结合常数α值。结果表明Ge30Ga5Se65硒基玻璃较低的声子能量可以大大降低稀土离子能级间跃迁的多声子弛豫概率,从而提高中红外荧光发光效率,因此硒基玻璃作为稀土离子的掺杂基质材料对实现中红外荧光输出是非常有利的。     

KCl对GeS_2-Ga_2S_3硫系玻璃光学性能的影响

采用熔融淬冷法制备了GeS2-Ga2S3-KCl系统玻璃,然后测试了样品的厚度、密度、吸收光谱和透射光谱,利用经典的Tauc方程计算了样品光学带隙允许的直接跃迁。结果显示,GeS2-Ga2S3-KCl玻璃拥有较好的物理性能;样品的密度、折射率随着KCl含量增多而减小,而光学带隙则随着KCl含量增加而增大。此外,傅里叶和拉曼红外光谱仪的测试结果表明,随着KCl加入和含量的增加,玻璃基质网络结构发生变化,从而引起相应红外光学性能的改变;同时玻璃拉曼谱出现阶段性的变化,红外截止边带出现了规律性的红移。通过研究KCl含量对基质玻璃的结构影响,给出了硫卤玻璃中基频声子振动与红外多声子吸收截止特性的定量描述,归纳了该类硫卤玻璃的光学性质与基质的依赖关系。     

Ho~(3+)/Yb~(3+)共掺杂玻璃陶瓷50SiO_2-50PbF_2的上转换及中红外发光特性

玻璃陶瓷又称为纳米微晶玻璃,是玻璃基质中包含约10nm的纳米微晶。在稀土掺杂的玻璃陶瓷中,稀土主要掺杂在氟化物纳米晶中。这种材料在发光应用中具有氟化物和氧化物的优点,是上转换发光和中红外发光效率高的基质材料。研究Ho3+/Yb3+共掺杂的玻璃陶瓷(50SiO2-50PbF2-1.0YbF3-0.5HoF3)的上转换和中红外发光性质。玻璃陶瓷吸收光谱的半高宽比玻璃前驱物更窄,而且长波吸收峰的Stark劈裂更加明显,表明稀土离子掺杂在晶体中。通过吸收光谱计算了J-O参数,Ω2值(0.17×10-20 cm2)比氟化物玻璃ZBLA(2.28×10-20 cm2)的低很多。在980nm激光激发下,Ho3+/Yb3+共掺杂的玻璃陶瓷有很强的绿光上转换荧光和蓝光、红光上转换荧光。与玻璃相比,绿光和蓝光光强增强明显,而红光基本不变。玻璃陶瓷中的Ho离子掺杂在声子能量低的PbF2晶体中,低的声子能量使发光能级的无辐射弛豫率降低,从而增加了绿光和蓝光的上转换效率。低的无辐射弛豫率同时也降低了红光上转换中间能级(5 I7)的粒子数布居,因此红光上转换没有增强。在980nm激光激发下Ho3+/Yb3+共掺杂的玻璃陶瓷有很强的2.9μm中红外荧光,而在玻璃前驱物中观察不到中红外荧光。     

Ho3+:LiYF4晶体的中红外发光特性

用坩埚下降法制备了Ho3+离子掺杂的LiYF4单晶。测定了Ho3+:LiYF4晶体的偏振吸收光谱。应用Judd-Ofelt理论分别计算了Ho3+:LiYF4晶体中Ho3+离子的有效强度参数Ω2,4,6、能级跃迁振子强度fexp和fcal、自发辐射跃迁几率A、荧光分支比β、辐射寿命τrad等光谱参数。测定了样品在640 nm光激发下的红外发射光谱,观测到由Ho3+离子的5I6→5I7跃迁所致的2.8～3μm中红外发光,以及在1.2μm(5I6→5I8)和2.0μm(5I7→5I8)处较强的荧光。Ho3+:LiYF4单晶样品的吸收峰线宽较宽,计算得到1.2μm和2.0μm的峰值发射截面分别达到0.20×10-20cm2和0.51×10-20cm2,同时测定了1 191 nm(5I6→5I8)和2 059 nm(5I7→5I8)发射的荧光寿命。研究结果表明:Ho3+:LiYF4晶体在2.0～3μm波段的中红外激光器中有较大的应用前景。     

Er~(3+)掺杂Ge-Ga-S-KBr硫卤玻璃的中红外发光和多声子弛豫的研究

为了获得能输出中红外荧光的理想基质玻璃,用熔融急冷法制备了系列不同Er3+离子掺杂浓度的Ge-Ga-S-KBr硫卤玻璃,测试了样品折射率、吸收光谱、中红外荧光光谱.通过吸收光谱计算了Er3+离子吸收谱线的振子强度,应用Judd-Ofelt理论计算分析了Er3+离子在Ge-Ga-S-KBr硫卤玻璃中的强度参量Ωi(i=2,4,6)、自发辐射跃迁几率A、荧光分支比β等光谱参量.研究了808nm激光抽运下样品中红外荧光特性与掺杂浓度之间变化关系,并用Futchbauer-Ladenburg公式分别计算了2.8μm处的受激发射截面.结果表明,在808nm激光抽运下观察到了2.8μm中红外荧光,对应于Er3+:4I11/2→4I13/2跃迁,当Er3+离子掺杂浓度从0.4wt%增加到1.0wt%时,中红外荧光强度相应增加,计算的Er3+:4I11/2能级的多声子驰豫速率为37s-1.     

Tm3+/Ho3+共掺镓铋酸盐玻璃1.47 μm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=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△λeff和峰值发射截面σpeake.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+:3 F4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1.47 μm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.     

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.     

Yb^3+含量对掺Er^3+铝酸盐玻璃光谱性质的影响

采用高温熔融法制备百分比为(100-x)(23.6Al2O3-53CaO-7.7BaO-2.1Na2O-10.3Ga2O3-3.1B2O-0.2Er2O3)-xYb2O3(x=0,0.9,1.9,2.8,3.6,4.5)的铝酸盐玻璃。应用差示扫描量热法、吸收光谱、荧光光谱、红外光谱以及拉曼光谱等检测手段,系统研究了不同Yb^3+离子引入量对玻璃的物性、热稳定性、Er^3+离子光谱性质和结构的影响。结果表明,Yb2O3含量越高,玻璃的密度和折射率越大,抗析晶能力有所增强。随着Yb2O3的增加,玻璃在976 nm吸收系数增大,对应于Er^3+离子的2H11/2→4I15/2、4S3/2→4I15/2以及4F9/2→4I15/2跃迁的527,549,666 nm的上转换发光、红光与绿光发光强度比以及对应于4I13/2→4I15/2的1.53μm近红外荧光强度明显增加。当Yb2O3浓度为3.6%时,铝酸盐玻璃样品在近红外1.53μm荧光最强,此时Yb^3+→Er^3+正向能量传递效率η1最大,约为82.9%。该系列铝酸盐玻璃中Er3+离子1.53μm最大发射截面为0.77×10^-20 cm^2,荧光半高宽最大值为39.4 nm,荧光寿命最大值为4.46 ms。     

Tm~(3+)和Ho~(3+)双掺氟锗酸盐玻璃的中红外发光性质

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.     

新型GeS_2-Ga_2S_3-KI玻璃性能的研究

用传统熔融淬冷法制备了新型硫卤玻璃(100-x)(80GeS2-20Ga2S3)-xKI(x=0,10,20mol%).利用差热分析、可见/近红外吸收光谱、红外透射光谱等技术对准三元硫卤玻璃体系GeS2-Ga2S3-KI的组成、结构和性能关系进行了研究.分析结果表明:GeS2-Ga2S3-KI三元系统玻璃具有较宽的玻璃形成区;当KI的含量为10mol%时,玻璃热稳定性最好;随着KI的加入,玻璃的红外截止波长无明显变化,皆为12.5μm;然而随着局域电位场的增大,玻璃的短波吸收限向短波方向发生了移动,光学带隙存在增大趋势.     

大带隙Ge-S-I硫系玻璃制备及性能研究

为了探究碘元素对贫S基(GeS1.5)100-xIx和(GeS2)100-xIx(x=5,10,20,30,40)两个系列玻璃性质的影响,用快速真空和高温熔融淬冷技术制备了这两个系列的玻璃样品,对比测试了两组样品的密度、近红外吸收光谱、红外透过光谱、折射率、光学带隙和热膨胀,并在折射率数据的基础上计算了材料零色散波长.研究表明:随着碘含量的增高,近红外吸收截止波长发生明显的蓝移现象,玻璃转变温度和软化温度明显下降,玻璃的转变温度范围分别为222~330℃和236~332℃,软化温度范围分别为267~375℃和282~364℃,膨胀系数增大,红外透过性明显提高,光学带隙逐渐增大.通过扫描电子显微镜测定了玻璃组分的归一化质量比,并对比了抽真空时有无液氮冷却情况下玻璃原料中碘的含量损失差异,结果表明使用液氮冷却方法会增强玻璃中的杂质吸收峰.优化了玻璃制备工艺,采用高温聚合物做保护层对(GeS1.5)60I40玻璃进行了拉丝实验,测得其最低损耗为2.8dB/m.     

钬镱掺杂波导适用型锗酸盐玻璃上转换荧光光子定量

制备了适用于钾钠离子交换波导的钬镱离子掺杂锗酸盐玻璃,采用荧光光谱绝对测试系统在975nm激光泵浦下对玻璃的上转换发光性能进行表征,解析出样品的绝对光谱功率分布,并计算了光量子数分布和荧光量子产率等绝对荧光参量.测试与计算结果表明,当Ho3+/Yb3+掺杂的锗酸盐玻璃在370℃的KNO3熔盐中热离子交换4h时,K+-Na+离子交换有效扩散系数为0.068μm2/min.锗酸盐玻璃样品中,Ho3+主要发出548nm绿光和660nm红光,其中红色上转换荧光为支配性发射.当激光激发功率密度为1 227 W/cm2时,660nm红光绝对光谱功率和净发射光量子数分别为28.03μW和9.26×1013 cps.此时,548nm绿光和660nm红光发射的荧光量子产率分别为0.17×10-5和2.41×10-5,可见区总荧光量子产率达2.61×10-5.净发射光子数与激发功率密度的双对数曲线斜率表明Ho3+/Yb3+掺杂锗酸盐玻璃的红色和绿色上转换发射均属双光子激发过程.基于波导适用型锗酸盐玻璃实施的钬离子上转换荧光发射的绝对化表征,为稀土光电功能材料的进一步研发提供了可依赖的数据参考.     

重金属碲酸盐玻璃中Ho~(3+)的红外辐射特性

制备了高折射率Ho3+单掺和Ho3+/Yb3+共掺低声子能量重金属碲酸盐玻璃.根据Judd-Ofelt理论对吸收光谱进行拟合,求得Ho3+强度参数Ωt(t=2,4,6)分别为4.373×10-20,1.906×10-20和1.451×10-20cm2,并进一步计算了Ho3+在红外区各能级跃迁的振子强度、自发辐射跃迁概率、辐射寿命和荧光分支比等光谱参数.982 nm激发下,铋碲酸盐玻璃中Yb3+直接敏化Ho3+,在红外区产生有效红外发射.Ho3+吸收与发射截面在1.95和2.05μm处分别高达5.63×10-21和6.24×10-21cm2,大于Ho3+掺杂磷酸盐和氟化物玻璃,这有利于降低激光抽运阈值,实现高效Ho3+激光输出.较低的声子能量和较大的发射截面表明,Ho3+/Yb3+共掺杂铋碲酸盐玻璃有望成为良好的红外激光工作物质.     

Tm3+/Tb3+/Eu3+掺杂硼酸盐玻璃陶瓷的 能量转换和发光性能

为获得单一基质的白光发射材料,采用熔融析晶法制备了Tm~(3+)/Tb~(3+)/Eu~(3+)掺杂的硼酸盐玻璃陶瓷。采用XRD、TEM、紫外-可见分光光度计和荧光分光光度计对样品的结构、光谱特性和发光性能进行表征。实验结果表明:玻璃经(500℃+2 h)+(550℃+2 h)热处理后析出单一晶相BaAlBO_3F_2。在363 nm激发下,单掺Tm~(3+)、Tb~(3+)、Eu~(3+)的样品分别发出蓝光、绿光、红光。与玻璃样品相比,玻璃陶瓷样品的发光强度明显增加。通过改变Eu~(3+)离子浓度,玻璃陶瓷样品的色坐标由(0.291 8,0.331 1)变化为(0.388 1,0.338 2)。当Tm~(3+)、Tb~(3+)、Eu~(3+)的浓度分别为0.4%、0.8%和0.2%时,玻璃陶瓷样品的色坐标(0.333 9,0.335 7)和色温(5 427.92 K)与标准白光(0.333 3,0.333 3;5 454.12 K)极为接近。荧光光谱和荧光衰减结果证实,样品中存在Tm~(3+)→Eu~(3+)和Tb~(3+)→Eu~(3+)的能量传递。制备的玻璃陶瓷材料有望用于白光LED及其他光学显示器件。     

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.     

Ho~(3+)/Yb~(3+)共掺杂氟锗酸盐玻璃中红外光谱性质研究

研究了Ho~(3+)/Yb~(3+)掺杂的氟锗酸盐玻璃在980nm激光二极管抽运下的中红外2.0μm、2.85μm和可见上转换发光特性以及两种稀土离子之间的能量转移机理。在氟锗酸盐玻璃中掺杂1%(物质的量分数)Ho_2O_3和9%Yb_2O_3的样品中,获得了增强的中红外2.0μm和2.85μm发光。测得Ho~(3+)的2.0μm荧光寿命为6.19ms,理论计算得到Ho~(3+)在2023nm处最大发射截面面积为6.6×10-21 cm~2。研究结果表明,Ho~(3+)/Yb~(3+)掺杂的氟锗酸盐玻璃是一种合适的中红外2.0μm和2.85μm激光材料。