稀土离子掺杂发光玻璃的制备与性能研究

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由于稀土离子复杂的能级状态以及未充满的4f能级,不同的稀土离子掺杂对基质玻璃的影响也近相同,稀土离子掺杂的发光玻璃目前在诸如彩色电视器、太阳能电池、中红外激光器、传感器等领域都有着重要的应用前景,探索和研究具有良好光学性能及实用价值的玻璃以适应科技社会的发展变得越来越重要。本课题运用熔融淬火法的制备工艺,把具有较低的声子能量优点的碲酸盐以及高热稳定性的硅酸盐作为基质来制备稀土发光玻璃。借助于稀土与金属离子的双掺杂或多掺杂,通过稀土离子之间或者稀土离子与铋离子之间能量传递过程,实现掺杂稀土玻璃的可调谐发光,在光纤放大领域和中红外激光器中潜在的应用前景。研究的具体内容包括三个方面如下:1.Er3+/Bi3+双掺杂的碲酸盐玻璃对于中红外激光器的研究。采用传统的熔融淬火法制备以TeO2-WO3-Zn O-Na O为基质的玻璃。制备了单掺Er3+和Er3+/Bi3+双掺的碲酸盐玻璃,分析了样品的近红外和中红外荧光发射特性,结果还发现掺杂Bi3+的浓度为2 mol%时可以得到最优的2.7μm的荧光发射,并且强度比单掺Er3+增加17.8%。这说明Bi3+离子是实现增强Er3+离子1.5μm和2.7μm荧光发射的合适敏化剂,这说明Er3+/Bi3+双掺杂的碲酸盐玻璃有可以应用在中红外激光器上的潜在价值。2.Er3+/Ho3+双掺杂的氧氟酸盐玻璃对于中红外激光器的研究。采用传统的熔融淬火法制备以SiO2-Al2O3-Na2O-Ba F2-YF3为基质的玻璃。经高温二次退火处理后,可以合成含YF3晶体的玻璃。用差示扫描量热仪(DSC)研究了前驱体样品的热稳定性。用X射线衍射仪(XRD)和傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)对制成玻璃的结构进行了表征。可以看出,随着Li+离子浓度的增加,YF3晶粒逐渐生长,并且场强增加。此外,上转换和中红外荧光发射得到显着改善,并且2.0μm的强度高于2.7μm。当Li+离子浓度为11%时,2.0μm荧光强度最大,而当Li+离子浓度为7%时,2.7μm荧光强度最大,这说明Er3+离子与Ho3+离子之间存在能量转移过程。这一系列结果说明掺入Li+离子后的Er3+/Ho3+双掺杂的硅酸盐玻璃有可以应用在中红外激光器上的潜在价值。3.Tm3+/Bi3+/Er3+三掺的氟碲酸盐玻璃对于近红外激光器和光纤放大器的研究。采用传统的熔融淬火法制备以Te2O3-Ba O-Ba F2-La2O3为基质的玻璃。对掺有Tm,Er和Bi的氟碲酸盐玻璃进行了研究。观察到超宽带荧光发射(950-1670nm),半峰全宽(FWHM)为610 nm,覆盖了O,E,S,C,L和U的波段。与掺Tm相比在玻璃中,共掺Tm/Er和三掺Tm/Er/Bi的1.8μm荧光强度增强,表明Tm,Er和Bi之间的能量转移。在三掺杂样品中,对于1.8μm荧光发射,Bi的最佳浓度为3mol%。最大荧光寿命为7.39ms,表明在1.8μm处具有优异的荧光性能。此外,计算出的吸收截面(5.45×10-21cm-2)和发射截面(6.89×10-21cm-2)表明该玻璃具有良好的光吸收性能。实测参数ΔT(116℃)表明样品具有良好的热稳定性。这些表明所制备的玻璃在光纤放大器和近红外激光领域具有良好的应用前景。
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