铋掺杂硅酸盐玻璃的制备与光谱特性研究

题名:铋掺杂硅酸盐玻璃的制备与光谱特性研究
作者:徐兵
学位授予单位:华中科技大学
关键词:铋;;硅酸盐玻璃;;光纤放大器;;红外宽带发光;;能量传递
摘要:
 2001年Fujimoto首次报道铋掺杂铝硅酸盐玻璃的红外宽带发光现象以来,对铋掺杂玻璃超宽带红外发光现象的研究已经成为当前的热点课题。传统的稀土离子(Er~(3+),Tm~(3+)和Pr~(3+))光纤放大器受制于4f壳层电子间的禁戒跃迁,其工作带宽很难突破100nm,极大地限制了波分复用系统的进一步发展。而拉曼光纤放大器虽然能够实现宽带放大,但由于结构复杂、所需泵浦能量高而制约了它的发展与应用。铋掺杂玻璃在700~1100nm波长范围内的任意波长处激发,会发射覆盖1000~1600nm波长范围的超宽带红外发光,荧光的最大值半高宽(FWHM)约300nm,荧光寿命约为几百微秒。铋掺杂玻璃这种超宽带光rare earth magnets学性能表明它是一种非常有前途的潜在超宽带光放大材料,很有可能成为超宽带光纤放大器、可调谐激光器和超短脉冲激光光源的增益介质。
 硅酸盐玻璃以SiO2为主要组成,具有很好的物理化学性质,并且与目前光通信系统有良好的兼容性。本论文以铋掺杂硅酸盐玻璃的光谱特性研究为主要工作,系统地研究了铝、钇和镧对铋掺杂硅酸盐玻璃的超宽带红外发光的影响,研究了镱、铋共掺硅酸盐玻璃通过能量传递方式敏化发光的光谱特性,实现了增强的硅酸盐基质掺铋玻璃的宽带红外发光。我们获得的主要成果如下:
 (1)在单掺铋硅酸盐玻璃中,超宽带近红外发光具有最佳的铋掺杂浓度,约为2~2.5mol%;65SiO_2·10Al_2O_3·25CaCO_3·2Bi_2O_3玻璃样品的近红外发光半高宽为182 nm,荧光寿命达465μs,受激发射截面为4.11×10-20cm2;
 (2)氧化铝和氧化钇在铋的红外发光中起到分散剂的作用,同时铝离子可以在玻璃中形成铝氧四面体,对铋红外活性离子的形成产生影响,适量的铝离子和钇离子与铋共掺可以增强铋的红外发光。氧化镧的掺入会降低铋的吸收和红外发光,应该避免在掺铋材料中掺入镧;
 (3)镱铋共掺硅酸盐玻璃体系分别在808nm和976nm泵浦下产生近红外宽带发光,而单掺铋样品在976nm泵浦下的红外发光与808nm泵浦相比强度微弱的多,所以镱铋共掺硅酸盐玻璃在976nm泵浦下的强红外发光来源于镱离子http://www.chinamagnets.biz/对铋离子的能量传递过程,荧光寿命的测试结果印证了这一结论。实验结果最大值处可以增强铋红外发光达三十倍,镱是一种十分有效地增强铋红外发光的敏化剂。
学位年度:2010