鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃與玻璃陶瓷光譜性質(zhì)的研究.pdf

1、1.5微米激光由于在激光測距、激光醫(yī)療、全光通訊等領(lǐng)域的巨大作用受到人們的廣泛重視。激光二極管(LD)泵浦鉺鐿共摻固體激光器由于體積小、結(jié)構(gòu)簡單、效率高、光束質(zhì)量好等許多優(yōu)點(diǎn)成為獲得高質(zhì)量1.5微米激光的首選。而磷酸鹽玻璃由于具有對稀土離子溶性高、Yb3+-Er3+能量傳遞效率高、聲子能量大、單位長度增益大等優(yōu)點(diǎn)而被認(rèn)為是一種理想的1.5微米固體激光器增益介質(zhì)。但是磷酸鹽玻璃也存在著導(dǎo)熱性與機(jī)械性方面的缺點(diǎn),影響了其實(shí)際應(yīng)用。稀土摻雜透

2、明玻璃陶瓷能夠把磷酸鹽的優(yōu)點(diǎn)和玻璃陶瓷機(jī)械性、導(dǎo)熱性好等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來,最近幾年成為人們的研究熱點(diǎn)。
　　 本文主要圍繞鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃和玻璃陶瓷的光譜性質(zhì)展開研究。第一章我們主要介紹1.5微米激光的研究意義和發(fā)展,以及最近幾年Er3+摻雜透明玻璃陶瓷的研究現(xiàn)狀,第二章我們主要綜述了光譜研究所常用的一些實(shí)驗(yàn)和理論研究方法。
　　 其次我們分三個方面詳細(xì)研究了鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃的發(fā)光性質(zhì),這三個方面分別是:鉺鐿共摻磷酸鹽玻

3、璃的發(fā)光機(jī)理、鉺鐿摻雜濃度對發(fā)光的影響、溫度變化對發(fā)光的影響。我們利用高溫熔融法制備了具有很高發(fā)射截面的P-Ca-Na,玻璃,鉺離子近紅外828nm發(fā)光存在三光子現(xiàn)象,它歸因于Er3+離子4S3/2(2H11/2)能級向4I13/2能級的躍遷,該躍遷減少了上轉(zhuǎn)換帶來的能量損失,增加了1.5微米激光發(fā)射上能級的布居數(shù)。對離子摻雜濃度的研究表明,磷酸鹽中Er3+離子摻雜濃度較高時,存在熒光捕獲現(xiàn)象,而且熒光捕獲導(dǎo)致光譜加寬,使得這種玻璃在光

4、纖放大器上有潛在應(yīng)用價值。而Yb3+離子濃度的增加會提高Er3+的發(fā)射強(qiáng)度,但是對于材料制備是一個挑戰(zhàn)。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),鉺鐿共摻磷酸鹽樣品的發(fā)光強(qiáng)度隨溫度升高而降低(520nm綠光波段除外),通過對無輻射躍遷幾率的詳細(xì)分析,我們發(fā)現(xiàn)由于無輻射躍遷幾率的變化所導(dǎo)致的發(fā)光下降幅度不會那么大,所以發(fā)光下降肯定還有其他因?yàn)?我們分析這是由于溫度升高時Yb3+離子的吸收截面減小所致,但是這個因?yàn)橛写谶M(jìn)一步證實(shí)。
　　 接下來我們從理論上和實(shí)

5、驗(yàn)上詳細(xì)比較了鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃和玻璃陶瓷的發(fā)光性質(zhì)變化。首先在理論上我們借助于速率方程所得到的解析解,定性分析了玻璃轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ａ沾芍蟮陌l(fā)光性能變化。之后我們在實(shí)驗(yàn)中制備了P-Ca-Na和P-Li-Ca-Ti-K兩種體系的玻璃和玻璃陶瓷,XRD譜顯示熱處理后玻璃內(nèi)部形成了一定的納米結(jié)構(gòu)。對二者的發(fā)光光譜進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn),玻璃陶瓷的光譜(特別是紅外波段)產(chǎn)生了很明顯的劈裂,這顯示稀土離子耦合進(jìn)了納米晶中。玻璃轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ａ沾芍?上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)