【摘要】：在近幾十年里,一種或多種稀土離子摻雜的玻璃材料是一種具有廣泛應(yīng)用的介質(zhì)材料,用于各種線性和非線性的光學(xué)應(yīng)用,比如在彩色顯示、通訊、激光手術(shù)、熒光粉、生物熒光標(biāo)記、醫(yī)療診斷等諸多方面的應(yīng)用[1]。在眾多的稀土離子中,鈥離子和鉺離子具有獨(dú)特的能級(jí)結(jié)構(gòu)以及在可見(jiàn)區(qū)域和近紅外區(qū)域具有獨(dú)特的特征發(fā)射,尤其是Ho~(3+)離子的~5I_7能級(jí)擁有長(zhǎng)的熒光壽命和大的自激發(fā)射截面。目前,在通訊領(lǐng)域中鉺離子摻雜的光學(xué)放大器已經(jīng)為光纖通訊領(lǐng)域帶來(lái)了突破性的發(fā)展,極大的提高了信息的傳輸能力,但隨著信息社會(huì)的發(fā)展對(duì)于目前的通訊網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸能力提出了更高的需求,進(jìn)一步探尋新波段的光學(xué)放大器就顯得十分必要了。隨著石英光纖的制備工藝的不斷提高,使玻璃基質(zhì)中的羥基(OH-)含量不斷降低,由羥基振動(dòng)所引起的信號(hào)衰減已減小到~0.3dB/km。所以,包含石英光纖的零色散波段的1.2~1.4μm的波長(zhǎng)范圍有望成為光學(xué)通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大的新波段。同時(shí),Ho~(3+)離子在1.2~1.4μm的范圍內(nèi)擁有紅外熒光發(fā)射,因此Ho~(3+)的~5I_6?~5I_8和(~5F_4,~5S_2)?~5I_5輻射躍遷具有在1.2~1.4μm范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)光學(xué)信號(hào)放大的應(yīng)用潛力。自1962年約翰遜首次報(bào)道了Ho~(3+)摻雜的CaWO_4的晶體獲得了2.0μm的特征發(fā)射后,關(guān)于Ho~(3+)摻雜的各種晶體材料和玻璃材料都有了大量的報(bào)道。Ho~(3+)的2.0μm特征發(fā)射可應(yīng)用在激光醫(yī)學(xué)手術(shù)、遙感監(jiān)測(cè)、大氣污染檢測(cè)等領(lǐng)域。本課題采用的玻璃基質(zhì)是碲酸鹽玻璃基質(zhì),其同氧化物玻璃相比,如硅酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃和硼酸鹽玻璃:具有較小的聲子能量和良好的稀土離子溶解性,可有效提高稀土離子的發(fā)光強(qiáng)度;其同非氧化物相比:具有良好的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性,降低了玻璃制備工藝的難度,有利于實(shí)現(xiàn)光纖的拉制。本工作取得具體成果如下:1.采用熔融法制備了Ho~(3+)單摻和Ho~(3+)/Yb~(3+)共摻的多元組分鍺碲酸鹽玻璃(MGT)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估計(jì)出MGT玻璃的聲子能量約為780cm~(-1),這表明了在該玻璃基質(zhì)中可以有效實(shí)現(xiàn)紅外輻射躍遷。通過(guò)Judd-Ofelt理論求出了J-O強(qiáng)度參數(shù):Ω_2=5.32×10~( 20)cm~2,Ω_4=2.73×10~( 20)cm~2和Ω_6=1.12×10~( 20)cm~2,并進(jìn)一步推導(dǎo)出了自發(fā)輻射幾率、理論輻射壽命和熒光分支比等光譜參數(shù)。Ho~(3+)的~1.2μm和~1.4μm發(fā)射的最大發(fā)射截面分別是3.10×10~( 21)和1.81×10~( 21)cm~2,并進(jìn)一步求出了理論增益截面,表明了在紅外區(qū)域內(nèi)作為光學(xué)放大器的潛在應(yīng)用。測(cè)試了Ho~(3+)/Yb~(3+)共摻樣品的上轉(zhuǎn)換熒光光譜,表明了Yb~(3+)在980nm激發(fā)條件下可以對(duì)Ho~(3+)實(shí)現(xiàn)有效敏化;并獲得了其在~2.0μm發(fā)射處的發(fā)射截面和吸收截面,其相應(yīng)的數(shù)值分別是4.93×10~( 21)和5.42×10~( 21)cm~2。上述結(jié)果表明了Ho~(3+)/Yb~(3+)共摻的MGT玻璃在光學(xué)放大器和激光材料方面具有潛在的應(yīng)用前景。2.采用熔融法制備了Er~(3+)單摻和Er~(3+)/Yb~(3+)共摻的多元組分鍺碲酸鹽玻璃(MGT)。采用J-O理論對(duì)吸收光譜進(jìn)行擬合分析,得到了J-O強(qiáng)度參數(shù),其值分別是Ω_2=5.51×10~( 20)cm~2,Ω_4=1.54×10~( 20)cm~2和Ω_6=1.02×10~( 20)cm~2,其可用來(lái)分析稀土離子周?chē)牟ＡЫY(jié)構(gòu)和理化性能。通過(guò)J-O強(qiáng)度參數(shù),進(jìn)一步求出了其它光譜參數(shù),如自發(fā)輻射躍遷幾率、理論熒光壽命、熒光分支比等。測(cè)試了Er~(3+)/Yb~(3+)共摻樣品的上轉(zhuǎn)換熒光光譜和紅外光譜,Er~(3+)離子在MGT玻璃中~1.5μm特征發(fā)射的吸收截面和發(fā)射截面的最大值分別是7.46×10~( 21)和7.94×10~( 21)cm~2,較大的吸收和發(fā)射截面有利于提高稀土離子的發(fā)光強(qiáng)度。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：大連工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ171.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2208680