碲酸盐氟氧化物玻璃1-5微米近中红外发光性能的研究

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随着红外激光技术的不断发展,1~5μm波段的红外激光在国防、通信、环境监测及医疗等领域得到了广泛的应用。实现红外激光输出需要良好的红外激光材料,而红外激光玻璃与光纤材料是目前重要的激光增益介质。本文着重研究了Nd3+、Tm3+、Ho3+/Yb3+掺杂Te O2-Zn F2碲酸盐氟氧化物玻璃的1–5μm波段近中红外发光性能。对于Nd3+掺杂60Te O2-40Zn F2碲酸盐氟氧化物玻璃,本文研究了低掺杂浓度范围内玻璃的红外发光性能。在808 nm半导体激光器激发下,Nd3+掺杂的玻璃能够产生0.89、1.06和1.33μm波段的红外荧光辐射,各波段的红外荧光辐射强度随着掺杂浓度的增加而明显增强。Nd3+:4F3/24I11/2辐射跃迁的最大发射截面为0.797×10-20 cm2。随着掺杂浓度的增加Nd3+:4F3/24I11/2辐射跃迁的量子效率略微降低。对于Tm3+掺杂60Te O2-40Zn F2碲酸盐氟氧化物玻璃,本文研究了低掺杂浓度范围内玻璃的红外发光性能。在808 nm半导体激光器激发下,Tm3+掺杂的玻璃能够产生1.46、1.8和3.77μm波段的红外荧光辐射,各波段的红外荧光辐射强度随着掺杂浓度的增加而明显增强,但由于Tm3+之间存在[3H4,3H6]→[3F4,3F4]交叉弛豫过程,1.46μm波段的红外荧光辐射强度在Tm3+的掺杂浓度达到1mol%时开始降低。Tm3+:3F43H63H53F4辐射跃迁的最大发射截面分别为0.590、0.352×10-20 cm2。掺杂浓度较高时稀土离子间可能存在明显的重吸收作用,因此随着掺杂浓度的增加Tm3+:3H43F43F43H6辐射跃迁的量子效率显著降低。对于Ho3+/Yb3+共掺Te O2-Zn F2碲酸盐氟氧化物玻璃,本文主要研究了Zn F2含量对玻璃红外发光性能的影响,并对玻璃的结构和其它相关性能进行了分析研究。在980 nm半导体激光器激发下,玻璃能够产生1.2、2.0、2.85、3.9和4.1μm波段的红外荧光,红外荧光发射强度随着Zn F2含量的增加而明显增强。Ho3+:5I65I85I75I85I65I75I55I6辐射跃迁的最大发射截面分别为0.639、0.760、0.985和0.484×10-20 cm2。Yb3+→Ho3+主要通过双声子辅助过程进行能量传递,能量传递系数CDA随Zn F2含量增加而增大,最大为0.99×10-40 cm6/s。Te O2-Zn F2碲酸盐氟氧化物玻璃具有良好的热稳定性、较低的声子能量(约为600 cm-1)与羟基含量、较高的红外透过率(约为70~80%)及较宽的红外透过波段(红外截止波长超过6μm)。
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