本文選題：鉍離子　切入點：玻璃　出處：《昆明理工大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：在光纖通信系統(tǒng)中,要實現(xiàn)超大容量信息傳輸有兩種辦法：1.提高數(shù)據(jù)傳輸速度；2.擴(kuò)大傳輸光譜范圍�，F(xiàn)代商用光纖系統(tǒng)傳輸速率已經(jīng)超出10 Tbit/s,而實驗室光纖系統(tǒng)已經(jīng)能達(dá)到約100 Tbit/S,未來二十年內(nèi),對傳輸速率的需求將會達(dá)到拍它比特(1015 bit/s),因此,擴(kuò)大光譜傳輸范圍成為光纖通信系統(tǒng)亟待解決的問題。石英光纖的低損耗區(qū)域可以覆蓋從1000-1800 nm的超寬帶近紅外波段,傳輸損耗低于04 dB/km的低損耗區(qū)域為1300-1700 nm范圍。然而,稀土摻雜的光纖放大器由于受到稀土離子f-f電子躍遷的限制,增益帶寬很難覆蓋整個光通信窗口。鉍離子的超寬帶近紅外熒光幾乎可以覆蓋整個1000-1800 nm區(qū)域的光纖低損耗波段,這使得“一根光纖,一個泵浦源完成整個光通信系統(tǒng)的信號放大”成為可能。因此,深入研究鉍離子摻雜玻璃的超寬帶近紅外發(fā)光對促進(jìn)鉍離子摻雜超寬帶通信系統(tǒng)的實際應(yīng)用有積極意義。然而,直到現(xiàn)在,鉍離子的近紅外發(fā)光起源仍然沒有定論,這使得鉍離子摻雜光纖激光器和光纖放大器的研究開發(fā)中存在許多問題,如鉍離子摻雜光纖激光器和光纖放大器的效率均低于稀土摻雜器件等,抑制了鉍離子摻雜光學(xué)器件的發(fā)展。這就需要更多的基礎(chǔ)研究來確定鉍離子的近紅外熒光中心,以提高鉍摻雜光纖激光器和光纖放大器的效率,最終達(dá)到實際應(yīng)用的目的。本文研究玻璃局域環(huán)境對鉍離子近紅外發(fā)光的影響,分析局域環(huán)境對鉍離子近紅外發(fā)光的作用機理,為鉍離子摻雜器件的實際應(yīng)用提供的理論依據(jù)和實驗累積。具體研究內(nèi)容和主要結(jié)果如下：1.研究了玻璃基質(zhì)光學(xué)堿度對鉍離子超寬帶近紅外發(fā)光的作用機理。采用高溫熔融法制備不同光學(xué)堿度的鍺酸鹽玻璃,研究鉍離子在不同光學(xué)堿度鍺酸鹽玻璃中的光學(xué)性質(zhì),發(fā)現(xiàn)隨著鍺酸鹽玻璃基質(zhì)光學(xué)堿度的減小,鉍離子可見發(fā)光減弱,近紅外發(fā)光增強；而隨著玻璃基質(zhì)光學(xué)堿度的增加,鉍離子可見發(fā)光增強,近紅外發(fā)光減弱。2.研究了玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對鉍離子超寬帶近紅外發(fā)光的作用機理。采用高溫熔融法制備了不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的鉍摻雜鍺酸鹽玻璃和硅酸鹽玻璃,發(fā)現(xiàn)鍺酸鹽玻璃中鉍離子的超寬帶近紅外發(fā)光并不嚴(yán)格遵循光學(xué)堿度規(guī)律,這種異常的近紅外發(fā)光現(xiàn)象起源于異常的玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過光譜特性、元素分析與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析,首次提出“鍺酸鹽玻璃中異常的近紅外發(fā)光現(xiàn)象是由玻璃基質(zhì)光學(xué)堿度和異常的玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)共同作用的結(jié)果”的觀點。3.首次研究了Ag-Na、Cu-Na離子交換及隨后的二次熱處理對鉍離子近紅外發(fā)光的作用機理。將鉍離子摻雜玻璃浸入AgNO3/NaNO3混合熔融液中獲得Ag-Na離子交換樣品,發(fā)現(xiàn)隨著銀離子交換濃度的增加,鉍離子近紅外熒光增強；退火后,鉍離子近紅外熒光進(jìn)一步增強。將鉍離子摻雜玻璃浸入CuSO4/Na2SO4熔融液中獲得Cu-Na離子交換樣品,發(fā)現(xiàn)隨著銅離子交換濃度的增加,鉍離子近紅外熒光增強；退火后,鉍離子近紅外熒光減弱。兩種離子交換方式均能在一定程度上增強鉍離子的近紅外熒光；退火后,兩種離子由于作用機理的不同將導(dǎo)致鉍離子近紅外熒光增強或者減弱。4.研究了稀土離子共摻對鉍離子近紅外發(fā)光的作用機理。通過高溫熔融法研究稀土離子共摻對鉍離子近紅外發(fā)光的影響,發(fā)現(xiàn)稀土離子共摻可以在一定程度上調(diào)整鉍離子近紅外發(fā)光強度、峰形、帶寬等光譜性質(zhì),獲得較好的平坦增益近紅外熒光。
[Abstract]:In optical fiber communication systems, to achieve a large capacity of information transmission in two ways: 1. to improve data transmission speed; 2. to expand the transmission spectrum. The transmission rate of modern commercial optical fiber system has more than 10 Tbit/s, and the laboratory of optical fiber system can reach about 100 Tbit/S, the next twenty years, demand for the transmission rate will be taken it bit (1015 bit/s), therefore, to expand the range of transmission spectra become an urgent problem in optical fiber communication system. The low loss region of quartz fiber can be covered from 1000-1800 nm super broadband near infrared band, the transmission loss is lower than the low loss region of 04 dB/km to 1300-1700 nm range. However, rare earth doped fiber amplifier by rare earth ion f-f electron transition constraints, the gain bandwidth is difficult to cover the whole optical communication window. Super broadband near infrared fluorescence of bismuth ions can cover almost the entire 1000-1 Low loss optical fiber band 800 nm region, which makes "a fiber, a pumping source of the optical communication system to complete the signal amplification possible. Therefore, infrared ultra broadband near in-depth study of bismuth doped luminescent glass has positive significance to promote the actual application of bismuth doped ultra wideband communication system. However, until now, the near infrared luminescence of bismuth ions origin remains inconclusive, which makes many problems of the research and development of bismuth doped fiber laser and optical fiber amplifier, such as bismuth doped fiber laser and optical fiber amplifier efficiency was lower than that of rare earth doped devices, inhibits the development of bismuth doped optical devices. This requires more basic research is to determine the near infrared fluorescent center bismuth ion, in order to improve the efficiency of bismuth doped fiber laser and optical fiber amplifier, and ultimately achieve the purpose of practical use This paper studies the effects of glass. The local environment of near infrared light of bismuth ion, analysis of the mechanism of local environment of near infrared light of bismuth ion accumulation, theoretical basis and experimental provide for the practical application of bismuth doped devices. The specific research contents and main results are as follows: 1. research on optical basicity of glass matrix bismuth ion super broadband near infrared luminescence mechanism. Germanate glass prepared different optical basicity by high-temperature melting method, the research of bismuth ion optical properties in different optical basicity of germanate glass, found that with the decrease of germanate glass substrate optical basicity, bismuth ion visible emission is reduced with near infrared luminescence enhancement; the increase of the glass matrix optical basicity, bismuth ion visible luminescence enhancement, near infrared luminescence decreased.2. studied the glass network structure of bismuth ion super broadband near infrared luminescence mechanism . different network structure of bismuth doped germanate glass and borosilicate glass was prepared by high temperature melting method, luminescent ultra broadband near infrared bismuth germanate glass does not strictly follow the rules of the abnormal optical basicity, near infrared luminescence originated in the glass network structure. The abnormal spectral characteristics, analysis of elements with the analysis of the network structure, first proposed the "near infrared luminescence phenomenon of abnormal germanate glass is a glass substrate by the interaction of optical basicity and abnormal results of glass network structure" point of view was first studied by.3. Ag-Na, Cu-Na ion exchange and two subsequent heat treatment of bismuth ions near infrared luminescence mechanism. The bismuth doped glass in AgNO3/NaNO3 mixed molten liquid ion exchange to obtain Ag-Na samples, it is found that with the increase of silver ion concentration of bismuth ion exchange, near infrared fluorescence enhancement Strong; after annealing, bismuth ions near infrared fluorescence was further enhanced. The bismuth doped glass melt was immersed in CuSO4/Na2SO4 ion exchange of Cu-Na samples, it is found that with the increase of the concentration of copper ion exchange, bismuth ions in the near infrared fluorescence enhancement; after annealing, the bismuth ions in the near infrared fluorescence weakened. Two kinds of ion exchange method can enhance near infrared fluorescent bismuth ions to a certain extent; after annealing, two kinds of ions because of the effects of different mechanisms will lead bismuth ions in the near infrared fluorescence enhancement or weakening of the.4. of rare earth ions Co doped bismuth ion of near infrared luminescence mechanism. By high temperature melting method of rare earth ions Co doped bismuth ion influence on near infrared light, found that rare earth ions Co doped bismuth ions can be adjusted to some extent in the near infrared luminescence intensity, peak bandwidth, spectral properties, gain flattening good near-infrared fluorescence Light.

【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ171.1

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本文編號：1586276