發(fā)布時(shí)間：2017-08-22 07:09

  本文關(guān)鍵詞：摻稀土鍺碲酸鹽玻璃的2μm光譜性能研究

  更多相關(guān)文章： 稀土離子 能量轉(zhuǎn)移 中紅外光譜 鍺碲酸鹽玻璃 ~2μm

【摘要】：~2μm波長(zhǎng)的中紅外熒光發(fā)射覆蓋了許多大氣分子的特征譜線帶,在軍事對(duì)抗、醫(yī)療手術(shù)、環(huán)境污染檢測(cè)以及光通信等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。本論文主要目的在于研究一種能夠適用于~2μm激光輸出的新型玻璃增益介質(zhì)。通過(guò)對(duì)鍺碲酸鹽玻璃基質(zhì)的組分調(diào)整及稀土離子的濃度優(yōu)化,制備出適用于~2μm發(fā)光的鍺碲酸鹽玻璃材料,為將來(lái)2μm單頻和超短脈沖激光器提供一種適宜的激光玻璃材料。本文主要的研究成果如下:成功地制備出了熱學(xué)性能優(yōu)異、抗析晶能力較強(qiáng)的鍺碲酸鹽玻璃體系。DSC測(cè)試顯示玻璃轉(zhuǎn)變溫度T_g高達(dá)550℃,并在300-820℃范圍內(nèi)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的起始析晶點(diǎn)。為了驗(yàn)證玻璃樣品的抗析晶能力,對(duì)樣品進(jìn)行了抗析晶實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)玻璃樣品熔化,且沒(méi)有乳濁析晶,結(jié)果表明所制備的玻璃是具有良好熱性能的潛在玻璃光纖基質(zhì)。采用所制備的玻璃基質(zhì),研究了不同濃度Tm~(3+)摻雜鍺碲酸鹽玻璃的2μm熒光性能,發(fā)現(xiàn)當(dāng)Tm~(3+)濃度為1.25 mol%時(shí),2μm熒光沒(méi)有明顯猝滅。基于中紅外熒光光譜,提出了合理的能量轉(zhuǎn)移機(jī)理。定量地證實(shí)了交叉弛豫(CR)過(guò)程是獲得2μm熒光的主要能量轉(zhuǎn)移過(guò)程。另外測(cè)試了傅里葉紅外透過(guò)率,在此基礎(chǔ)之上分析了OH~-基團(tuán)在玻璃中存在的形式,并進(jìn)一步修正玻璃組分,獲得較低OH~-含量的鍺碲酸鹽玻璃。建立了速率方程來(lái)定量分析OH~-對(duì)2μm熒光的猝滅作用。在單摻的基礎(chǔ)上,研究了不同Er~(3+)離子摻雜濃度對(duì)Tm~(3+)/Er~(3+)共摻鍺酸鹽玻璃2μm光譜性能的影響。計(jì)算了微觀能量轉(zhuǎn)移參數(shù),通過(guò)能量轉(zhuǎn)移過(guò)程,定量地解釋了Tm~(3+)/Er~(3+)共摻的鍺碲酸鹽玻璃2μm熒光減弱的原因。并在Tm~(3+)/Er~(3+)雙摻的基礎(chǔ)之上,嘗試Tm~(3+)/Er~(3+)/Yb~(3+)三摻,獲得了增強(qiáng)的2μm發(fā)光。同時(shí),研究了不同Ho~(3+)離子濃度摻雜的Tm~(3+)/Ho~(3+)共摻鍺碲酸鹽玻璃的2μm光譜性能,找到了最佳Ho~(3+)離子摻雜濃度,測(cè)得玻璃的2μm熒光壽命高達(dá)6.07ms,量子效率可達(dá)90.7%。最后,研究了Ho~(3+)/Yb~(3+)共摻鍺酸鹽玻璃的2μm光譜性能。中紅外熒光光譜表明當(dāng)Ho~(3+)濃度為0.17mol%時(shí),2μm熒光最強(qiáng)。測(cè)試熒光壽命高達(dá)7.68ms,量子效率高達(dá)79.4%。研究了Ho~(3+)和Yb~(3+)間的能量轉(zhuǎn)移機(jī)理,計(jì)算了Yb~(3+)到Ho~(3+)的能量轉(zhuǎn)移效率,并分析了熒光猝滅的原因。
【關(guān)鍵詞】：稀土離子 能量轉(zhuǎn)移 中紅外光譜 鍺碲酸鹽玻璃 ~2μm
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)計(jì)量學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ171.1
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-15
• 1 文獻(xiàn)綜述15-27
• 1.1 引言15-16
• 1.2 中紅外激光的產(chǎn)生16-19
• 1.2.1 可用于2μm發(fā)光的稀土離子及其躍遷原理16-19
• 1.3 中紅外2μm激光玻璃材料研究進(jìn)展19-24
• 1.3.1 石英玻璃及硅酸鹽玻璃的研究進(jìn)展20-22
• 1.3.2 氟化物玻璃的研究進(jìn)展22-23
• 1.3.3 鍺酸鹽玻璃的研究進(jìn)展23-24
• 1.3.4 碲酸鹽玻璃的研究進(jìn)展24
• 1.4 選題背景及研究思路24-27
• 2 實(shí)驗(yàn)部分及基本理論27-33
• 2.1 樣品制備27
• 2.2 性能測(cè)試27-28
• 2.2.1 密度及折射率測(cè)試27-28
• 2.2.2 差熱測(cè)試28
• 2.2.3 光譜測(cè)試28
• 2.2.4 結(jié)構(gòu)測(cè)試28
• 2.3 光譜理論介紹28-33
• 2.3.1 Judd-Ofelt理論28-30
• 2.3.2 吸收與發(fā)射截面30-31
• 2.3.3 稀土離子間的無(wú)輻射躍遷過(guò)程31
• 2.3.4 稀土離子間的能量傳遞計(jì)算31-33
• 3 關(guān)于玻璃基質(zhì)熱學(xué)性質(zhì)的研究33-41
• 3.1 鍺酸鹽和碲酸鹽玻璃的差熱分析33-36
• 3.1.1 鍺酸鹽玻璃的差熱分析33-34
• 3.1.2 碲酸鹽玻璃的差熱分析34-36
• 3.2 鍺碲酸鹽玻璃的差熱分析和抗析晶實(shí)驗(yàn)36-40
• 3.2.1 鍺碲酸鹽玻璃（組分一）的差熱分析和抗析晶實(shí)驗(yàn)36-38
• 3.2.2 鍺碲酸鹽玻璃（組分二）的差熱分析和抗析晶實(shí)驗(yàn)38-40
• 3.3 本章小結(jié)40-41
• 4 摻Tm~(3+)鍺碲酸鹽玻璃2μm發(fā)光特性研究41-53
• 4.1 Tm~(3+)摻雜鍺碲酸鹽玻璃的密度和折射率研究41-42
• 4.2 Tm~(3+)摻雜鍺碲酸鹽玻璃的吸收光譜和Judd-Ofelt分析42-44
• 4.3 不同濃度Tm~(3+)摻雜鍺碲酸鹽玻璃的熒光光譜及參數(shù)分析44-46
• 4.4 Tm~(3+)摻雜鍺碲酸鹽玻璃的熒光衰減及能量轉(zhuǎn)移46-48
• 4.5 關(guān)于鍺碲酸鹽玻璃中羥基的分析48-50
• 4.6 羥基對(duì)2μm熒光猝滅的分析50-51
• 4.7 本章小節(jié)51-53
• 5 雙摻及三摻鍺碲酸鹽玻璃2μm發(fā)光特性研究53-72
• 5.1 Er~(3+)/Tm~(3+)雙摻的鍺碲酸鹽玻璃2μm光譜性能研究53-57
• 5.1.1 Er~(3+)/Tm~(3+)雙摻的鍺碲酸鹽玻璃的吸收光譜53-54
• 5.1.2 Er~(3+)/Tm~(3+)雙摻的鍺碲酸鹽玻璃的熒光光譜及能量轉(zhuǎn)移過(guò)程54-57
• 5.2 Er~(3+)/Tm~(3+)/Yb~(3+)三摻的鍺碲酸鹽玻璃2μm發(fā)光57-59
• 5.3 Tm~(3+)/Ho~(3+)雙摻的鍺碲酸鹽玻璃2μm光譜性能研究59-64
• 5.3.1 Tm~(3+)/Ho~(3+)雙摻的鍺碲酸鹽玻璃的吸收光譜和J-O分析59-62
• 5.3.2 Tm~(3+)/Ho~(3+)雙摻的鍺碲酸鹽玻璃的熒光光譜和發(fā)射截面62-63
• 5.3.3 Tm~(3+)/Ho~(3+)雙摻的鍺碲酸鹽玻璃的熒光衰減曲線63-64
• 5.4 Ho~(3+)/Yb~(3+)共摻鍺酸鹽玻璃2μm發(fā)光特性研究64-70
• 5.4.1 Ho~(3+)/Yb~(3+)共摻鍺酸鹽玻璃的2μm光譜性能研究64-66
• 5.4.2 Ho~(3+)/Yb~(3+)共摻鍺酸鹽玻璃的吸收光譜和J-O分析66-67
• 5.4.3 Ho~(3+)/Yb~(3+)共摻鍺碲酸鹽玻璃的熒光光譜和熒光衰減67-68
• 5.4.4 Ho~(3+)/Yb~(3+)共摻鍺碲酸鹽玻璃的能量轉(zhuǎn)移68-70
• 5.5 本章小節(jié)70-72
• 6 總結(jié)72-74
• 6.1 結(jié)論72-73
• 6.2 論文不足之處及展望73-74
• 參考文獻(xiàn)74-81
• 作者簡(jiǎn)歷81-82

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