本文選題：硅酸鹽玻璃 + 玻璃結(jié)構(gòu)　； 參考：《昆明理工大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：當(dāng)前通信業(yè)務(wù)的快速增長(zhǎng)對(duì)無(wú)中繼傳輸距離、大容量及高速率的光纖傳輸過(guò)程提出了越來(lái)越高的要求。相比于目前已經(jīng)商業(yè)化使用的Er3+摻雜光纖放大器EDFA,新型寬帶光纖放大器可以進(jìn)一步拓寬現(xiàn)有光纖傳輸?shù)牟ǘ蔚姆秶捌鋫鬏斖ǖ?極大提高其傳輸速率和容量。自2001年首次報(bào)道鉍摻雜硅酸鹽玻璃近紅外寬帶發(fā)光現(xiàn)象以來(lái),由于在超寬帶光纖放大器材料的潛在應(yīng)用價(jià)值,該材料已成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)和眾多學(xué)者的關(guān)注對(duì)象。然而近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn),鉍摻雜玻璃在制備以及光纖拉制過(guò)程容易受到加工制備條件的影響,鉍離子近紅外發(fā)光中心熱穩(wěn)定性差,極易出現(xiàn)熒光猝滅和自吸收現(xiàn)象,難以實(shí)現(xiàn)光放大。這一狀況很大程度上影響了鉍摻雜近紅外發(fā)光玻璃的研究,成為困擾其實(shí)際應(yīng)用和器件化發(fā)展的瓶頸。眾所周知,玻璃結(jié)構(gòu)由網(wǎng)絡(luò)形成體和網(wǎng)絡(luò)修飾體共同組成,玻璃而基質(zhì)結(jié)構(gòu)可以影響鉍離子發(fā)光的強(qiáng)度、半高寬以及壽命的諸多性質(zhì)。因此探索和認(rèn)識(shí)玻璃結(jié)構(gòu)與鉍離子近紅外發(fā)光中心熱穩(wěn)定性的關(guān)系,將有利于實(shí)現(xiàn)鉍的寬帶發(fā)光機(jī)理及促進(jìn)其器件化的進(jìn)程,為設(shè)計(jì)和制備新型的超寬帶光纖放大器材料提供一定的實(shí)驗(yàn)理論依據(jù)。因此,本論文以具有優(yōu)異近紅外發(fā)光性質(zhì)的鉍摻雜硅鋁硼玻璃為研究對(duì)象,通過(guò)對(duì)玻璃中基質(zhì)結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)和改變,研究網(wǎng)絡(luò)修飾體和網(wǎng)絡(luò)形成體的類型和組成與鉍離子近紅外發(fā)光穩(wěn)定性的相互聯(lián)系,探索玻璃結(jié)構(gòu)對(duì)鉍離子熱穩(wěn)定性的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明,當(dāng)堿金屬氧化物作為網(wǎng)絡(luò)修飾體時(shí),鉍近紅外發(fā)光中心熱穩(wěn)定性隨著金屬陽(yáng)離子半徑增大顯著降低。在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下熱處理,含K20和Na2O玻璃甚至出現(xiàn)了黑化失透和完全的熒光猝滅現(xiàn)象。TEM和XRD的分析表明上述現(xiàn)象是由于熱處理過(guò)程形成了Bi金屬顆粒。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),堿土金屬氧化物對(duì)與鉍近紅外發(fā)光熱穩(wěn)定性影響同樣取決于陽(yáng)離子半徑,且鉍離子近紅外發(fā)光熱穩(wěn)定性顯著提升。即使在玻璃軟化點(diǎn)附近熱處理,也未出現(xiàn)失透和明顯的熒光猝滅。研究證實(shí)熱處理?xiàng)l件下鉍離子在基質(zhì)中的擴(kuò)散或者遷移,以及遷移過(guò)程中與玻璃缺陷之間發(fā)生的還原作用是導(dǎo)致近紅外發(fā)光熱穩(wěn)定性不足的重要原因。根據(jù)堿金屬和堿土金屬玻璃對(duì)比研究結(jié)果,我們提出玻璃修飾體場(chǎng)強(qiáng)作用而不是玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的密實(shí)度,才是影響鉍離子熱遷移和轉(zhuǎn)變的主要因素。上述現(xiàn)象可以理解為高場(chǎng)強(qiáng)堿土金屬氧化物修飾體會(huì)形成更多而穩(wěn)定化的非橋氧鍵。而非橋氧通過(guò)對(duì)鉍離子庫(kù)侖吸引和還原穩(wěn)定化實(shí)現(xiàn)了對(duì)鉍離子近紅外發(fā)光中心熱穩(wěn)定性的提升。我們通過(guò)修飾體場(chǎng)強(qiáng)作用下鉍離子近紅外發(fā)光強(qiáng)度,以及空氣、真空和還原性氣氛條件下的對(duì)比,證實(shí)了網(wǎng)絡(luò)修飾體的場(chǎng)強(qiáng)的對(duì)鉍激活玻璃近紅外發(fā)光的熱穩(wěn)定性重要作用。為了進(jìn)一步證實(shí)上述結(jié)論,我們對(duì)比研究了玻璃修飾體混堿和網(wǎng)絡(luò)形成體混合作用下鉍摻雜硅鋁硼玻璃的近紅外發(fā)光熱穩(wěn)定性。混堿作用研究表明,在堿土氧化物和氧化鋰組分復(fù)合調(diào)協(xié)同作用下,玻璃網(wǎng)絡(luò)體系密度都出現(xiàn)了顯著的混堿效應(yīng),即在兩者組分中段出現(xiàn)了玻璃密度的明顯提高和最大化。但上述玻璃近紅外發(fā)光熱穩(wěn)定性依然主要高場(chǎng)強(qiáng)堿土氧化物含量決定,而與網(wǎng)絡(luò)密實(shí)度幾乎無(wú)關(guān)。我們通過(guò)前人對(duì)混堿體系(Na-Ca)硅酸鹽玻璃的結(jié)構(gòu)分析以及對(duì)應(yīng)的近紅外發(fā)光熱穩(wěn)定性,證實(shí)了修飾體場(chǎng)強(qiáng)作用下的非橋氧密度和穩(wěn)定性在鉍離子熱穩(wěn)定性中的主導(dǎo)地位。另一方面,通過(guò)部分網(wǎng)絡(luò)形成體(B2O3, P2O5和Ge02)替換玻璃組分中Si02發(fā)現(xiàn),易形成了疏松網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的[BO3]三面體不利于玻璃近紅外發(fā)光的熱穩(wěn)定；同時(shí)雖然P205和Ge02的加入對(duì)鋰鋁硅酸鹽玻璃近紅外發(fā)光強(qiáng)度提高,但并不會(huì)顯著改善鉍離子在玻璃中的熱穩(wěn)定性。因此,相對(duì)于網(wǎng)絡(luò)形成體,我們認(rèn)為具有高場(chǎng)強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)修飾體更加有利于鉍激活玻璃近紅外熱穩(wěn)定性的提高。結(jié)合上述研究結(jié)果,我們提出采用高場(chǎng)強(qiáng)的鑭系稀土離子(La3+、Gd3+和Lu3+)來(lái)實(shí)現(xiàn)鉍摻雜近紅外熱穩(wěn)定性的提升。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí),相比于其他兩種稀土離子,鑭系收縮中具有最高場(chǎng)強(qiáng)的Lu3+離子更能提高硅鋁硼鋰玻璃近紅外熱穩(wěn)定性。另外,通過(guò)Lu3+離子激活的硅鋁硼鋰玻璃近紅外熱穩(wěn)定性的研究,進(jìn)一步驗(yàn)證了具有場(chǎng)強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)修飾體可以改善鉍激活玻璃熱穩(wěn)定性不足的現(xiàn)象,同時(shí)提高近紅外的發(fā)光強(qiáng)度,并且網(wǎng)絡(luò)修飾體Lu3+離子相對(duì)于5 mol%,Lu3+離子含量的增加至10 mo1%更加有利于鉍激活玻璃高溫?zé)崽幚砗蟮慕t外發(fā)光強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性的提高。
[Abstract]:In recent years , it has been found that the thermal stability of Bi - doped silicate glass in the near - infrared luminescent centers of bismuth ions is greatly improved .
The near - infrared thermal stability of bismuth - doped glasses is improved by adding rare earth ions ( La3 + , Gd3 + and Lu3 + ) with high field strength .

【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ171.71

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本文編號(hào)：1786963