掺铒镓铋铅锗玻璃光谱性质研究

摘要

本论文结合当前光通信材料发展的趋势，主要研究掺铒重金属镓铋铅锗玻璃的物理化学和光学光谱特性，为其在光纤放大器和激光器中的潜在应用提供基础。
　　 研究了Er3+单掺和Er3+/Yb3+共掺Ga2O3-Bi2O3-PbO-GeO2（GBPG）氧化物玻璃的物理化学和光学光谱性质。重点分析了GBPG玻璃中Er3+的发光性能参数以及Er3+的浓度淬灭效应。根据J-O理论和McCumber理论计算得到掺铒GBPG玻璃在1．5μm处有较大受激发射截面（～11．4×10-2c㎡），Er3+掺杂浓度可以达到1．31×1026m-3而不产生浓度淬灭现象。分析了Yb3+对Er3+的敏化效应，当Yb3+掺杂浓度和Er3+掺杂浓度比在5：1时，Er3+在1．5μm波段的光放大性能达到最优。计算了Yb3+-Er3+间的能量转移效率（～74％）。对比研究了不同能量接受离子Ce3+，Tb3+及Eu3+对降低Er+可见上转换发光性能的影响，并从能量匹配及能级结构角度进行了分析。研究发现：Ce3+，Tb3+及Eu3+都能有效的降低Er3+离子4I11/2能级寿命，从而起到降低上转换荧光的目的。但是Tb3+及Eu3+同时也显著降低了Er3+离子4I13/2能级寿命，这对1．5μm光纤放大器而言是不利的，因此得出了Ce3+是改善Er3+离子1．5μm发光性能的优选离子。研究了Er3+/Yb3+/Ce3+共掺杂GBPG玻璃光谱性能。详细研究了Ce3+掺杂浓度对Er3+可见上转换发光和1．5μm发光性能参数的影响，计算了共掺杂样品中Er3+离子在1．5μm波段的受激发射截面（～12．33×10-21c㎡），有效线宽（～50nm）和4I13/2能级寿命（4．25ms）等参数。实验表明掺铒GBPG玻璃在光放大及上转换发光方面具有良好的应用前景，是一种优良的制作光器件的玻璃基质。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 掺铒光纤放大器的概况

1.1.1 掺铒光纤放大器研究进展

1.1.2 掺铒光纤放大器的工作原理

1.1.3 掺铒光纤放大器用玻璃材料

1.2 掺稀土重金属镓铋锗酸盐玻璃简介

1.2.1 重金属镓铋铅玻璃简介

1.2.2 重金属镓铋铅重金属氧化物玻璃结构

1.2.3 重金属镓铋铅氧化物玻璃抗析晶稳定性

1.3 本研究课题的来源和研究目的

1.3.1 本课题研究的项目来源

1.3.2 本课题研究目的和意义

1.3.3 本论文主要研究内容

第二章 实验及理论基础

2.1 玻璃样品制备

2.2 玻璃物理性质测量

2.3 玻璃样品光谱测量

2.4 光谱理论计算与分析

2.4.1 Judd-Ofelt理论

2.4.2 McCumber理论

2.5 本章小结

第三章 Er3+单掺和Er3+/Yb3+共掺Ga2O3-Bi2O3-PbO-GeO2玻璃发光性能研究

3.1 Ga2O3-Bi2O3-PbO-GeO2玻璃抗析晶性能

3.2 Ga2O3-Bi2O3-PbO-GeO2玻璃中Er3+发光

3.2.1 吸收光谱性质

3.2.2 Er3+在GBPG玻璃中的1.5μm发光和荧光捕获效应

3.2.3 Er3+离子在GBPG玻璃中的溶解度和浓度淬灭

3.2.4 Er3+在GBPG玻璃中上转换发光

3.3 Yb3+敏化发光

3.4 本章小结

第四章 Er3+掺杂Ga2O3-Bi2O3-PbO-GeO2玻璃上转换发光的抑制

4.1 能量传递过程

4.2 能量接受离子对Er3+离子能级寿命影响

4.3 能量接受离子对Er3+离子近红外发光影响

4.4 能量接受离子对Er3+离子可见上转化发光影响

4.5 本章小结

第五章 Er3+/Yb3+/Ce3+共掺杂Ga2O3-Bi2O3-PbO-GeO2玻璃光谱性能研究

5.1 吸收光谱

5.2 Er3+/Yb3+/Ce3+共掺的GBPG玻璃1.5μm荧光光谱

5.3 Er3+/Yb3+/Ce3+共掺的GBPG玻璃可见上转换发光

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢