超宽带Bi离子发光玻璃的研究

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近年来,有研究发现,掺杂在SiO2玻璃中的Bi离子在1.14 μm为发光中心的荧光半高宽达200 nm。在GeO2基质中,Bi离子的发光中心带红移至1.3 μm。这是迄今为止所知的拥有最宽近红外发射的金属离子掺杂玻璃。但是在这些玻璃中Bi离子的放光机理还不清楚。本论文研究了Bi掺杂的超宽带发光的不同基质玻璃,并对Bi离子以何种价态产生的超宽带发光做了初步的探索。 本论文第一章绪论中概述了光纤放大器的种类和研究进展,特别是工作在1.55 μm与1.3 μm光通讯波段光纤放大器。介绍了光学玻璃和实验中用到的各种测试手段。最后总结了各国研究者对Bi不同价态的离子在各领域的研究成果。 论文第二章研究了GeO2 - Al2O3 - Na2O - NaBiO3和 GeO2 - Al2O3 - Na2O - Bi2O3玻璃。观察到样品在1220 nm处(800 nmLD)的超宽带发光特性(FWHM~250 nm)。结果表明,以NaBiO3形式引入Bi5+到玻璃原料中比以Bi2O3形式引入Bi3+到原料中得到的玻璃在1220 nm处的发光强度大5.6倍,且荧光寿命和荧光半高宽也分别从280 μs 、195 nm增加到了434 μs、275 nm。从加入的原料出发,再结合吸收边带的红移,作者认为Bi离子的近红外超宽带发光是由Bi5+离子引起的。 论文第三章讨论了Bi离子掺杂(1mol%)GeO2 - B2O3 - Na2O,GeO2 - Al2O3 - Na2O, GeO2 - Al2O3 - BaO和GeO2 - Al2O3 - Y2O3玻璃。比较了各玻璃的荧光光谱,荧光衰减曲线和吸收光谱,实验发现在GeO2 - Al2O3玻璃中引入BaO,Y2O3组分有利于Bi5+离子的形成。讨论了BaO,Y2O3化学组分对Bi离子在玻璃中的价态影响的内在机理。 论文第四章研究了GeO2 - BaO - Bi2O3玻璃,发现了在800 nmLD激发下,在1290 nm处的近红外超宽带发光现象。在BaO含量从3 mol%增加到9 mol%的过程中,玻璃的发光强度增强了约2.4倍,荧光半高宽从175 nm增加到210 nm,荧光寿命从549 μs增长到609 μs。 论文第五章讨论了WO3对GeO2 - WO3 - Bi2O3系统热稳定性和光学性质的影响,实验发现,在WO3含量从3mol%增加到9mol%的过程中,玻璃的热稳定性提高,发光强度增强,荧光半高宽增宽,荧光寿命增长,结合吸收边带的红移,认为Bi离子的近红外超宽带发光是由Bi5+离子引起的。另外,鉴于较小的σp×τ值和较大的σp×△λ值,GeO2 - WO3 - Bi2O3组分的玻璃是研制成覆盖O到S波段超宽带光纤放大器的良好材料。 论文的结论部分总结了全文的实验研究成果,同时指出本研究存在的不足和对未来研究的展望。
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