【摘要】：2-3 μm近中紅外激光器因其在軍事和民用領(lǐng)域的應(yīng)用而受到廣泛關(guān)注,如激光制導(dǎo)、紅外遙感、有毒氣體探測、醫(yī)療手術(shù)等。激光器增益介質(zhì)是激光器的一個(gè)重要組成部分。玻璃材料制備工藝簡單、制備周期短及小體積等優(yōu)點(diǎn)使其逐漸開始取代晶體材料作為重要的激光增益介質(zhì)。因此,近年來稀土離子摻雜的近中紅外玻璃材料的研究受到了人們的重視。本文以Ho3+、Tm3+、Er3+、Yb3+四種稀土離子摻雜氟氧化物玻璃以及氟化物玻璃系統(tǒng)為研究對象,探索這兩類基質(zhì)中2-3 μm近中紅外光致發(fā)光增強(qiáng)機(jī)制。本文的主要成果如下:(1)在氟碲酸鹽玻璃(TeO2-PbF2)中以ZnF2逐步替代PbF2研究了 ZnF2的去除羥基(OH-)效應(yīng),并在此基礎(chǔ)上制備了 TeO2-ZnF2鋅基氟碲酸鹽玻璃,并研究其在Yb3+/Er3+和Yb3+/Ho3+共摻后2.7 μm和2.85 μm處的發(fā)光性能。研究表明當(dāng)ZnF2逐漸替代PbF2時(shí),玻璃的熱穩(wěn)定性逐漸提高,并且ZnF2能夠有效地減少玻璃樣品中的OH-含量,當(dāng)ZnF2完全取代PbF2后羥基含量僅為不含ZnF2樣品的1/3;鋅基氟碲酸鹽玻璃較少的羥基含量抑制了 OH-和Er3+、Ho3+之間的無輻射能量傳遞,從而增強(qiáng)了樣品在980 nm激光器激發(fā)下2.7 μm和2.85 μm的發(fā)光強(qiáng)度;(2)以上文的鋅基氟碲酸鹽玻璃(Te02-ZnF2)為基礎(chǔ),系統(tǒng)研究了 Yb3+/Ho3+雙摻、Yb3+/Ho3+/Er3+三摻、Yb3+/Ho3+/Tm3+三摻、以及 Yb3+/Ho3+/Er3+/Tm3+四摻在2.0 μ的發(fā)光性能和離子間的能量傳遞。研究表明,在980 nm激光器激發(fā)下四摻時(shí)2.0 μm的發(fā)光最強(qiáng)。我們發(fā)現(xiàn)Yb3+、Er3+和Tm3+三種離子對Ho3+的2.0μm發(fā)光都有提升作用,缺少任何一種都無法達(dá)到最佳。其中Yb3+為主要的敏化劑,Tm3+為重要的能量傳遞離子,能夠集中傳遞能量于Ho3+的5I7能級,進(jìn)而促進(jìn)2.0μm的發(fā)射,而Er3+在與Tm3+共同作用時(shí),能夠?qū)b3+傳遞的能量及自身吸收的激發(fā)光能量經(jīng)過Tm3+傳遞給Ho3+,從而進(jìn)一步增強(qiáng)2.0 μm發(fā)光;(3)以氟鋯酸鹽玻璃(ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF3,ZBLAN)為基質(zhì)研究了Tm3+摻雜在2.3μm的發(fā)光性能。研究表明Tm3+單摻時(shí),隨著Tm3+濃度增大,2.3μm發(fā)射強(qiáng)度先增加后減小。這是由于當(dāng)Tm3+濃度增大時(shí),3H4能級與3H6能級之間將發(fā)生強(qiáng)烈的交叉馳豫并聚集于3F4能級,導(dǎo)致2.3 μm的發(fā)射降低;為了防止交叉馳豫的發(fā)生,將Tm3+的濃度降低并加入Bi2O3時(shí)的結(jié)果表明,Bi203能夠提高Tm3+在2.3μ 的發(fā)射強(qiáng)度,這是由于活性Bi+離子能夠與Tm3+進(jìn)行能量傳遞進(jìn)而提高Tm3+在3H4的電子聚集從而提高了 2.3μ 的發(fā)射強(qiáng)度。
【圖文】：

在環(huán)境險(xiǎn)惡的情況下工作等特點(diǎn)。光纖激光器在合適的激發(fā)光源激發(fā)下，能夠得逡逑到高強(qiáng)度中紅外２－３邐激光發(fā)射，其應(yīng)用前景十分廣闊，己吸引多個(gè)研究領(lǐng)域逡逑的目光［２２］。光纖激光器之所以能夠有高效率的紅外發(fā)射，其中摻雜的稀土離子逡逑起到了決定性的作用。逡逑１．２稀土離子及其能級逡逑１．２．１稀土元素的種類逡逑元素周期表上原子序數(shù)５７－７１的鑭系元素以及原子序數(shù)為２１的鈧（Ｓｃ），再逡逑加上原子序數(shù)３９的釔（Ｙ）共１７個(gè)元素被稱為廣義的稀土元素，而狹義的稀土元逡逑素僅指１５個(gè)鑭系元素，這些稀土元素的化學(xué)性質(zhì)大致相同［２３］。鑭系的１５個(gè)元素逡逑之中，鑭（Ｌａ）、鈰（Ｃｅ）、鐠（Ｐｒ）、欽（Ｎｄ）、钷（Ｐｍ）、釤（Ｓｍ）、銪（Ｅｕ）這７種元素被逡逑稱為輕稀土元素（或稱為錦組稀土），Ｃ（Ｇｄ）、試（Ｔｂ）、鏑（Ｄｙ）、鈥（Ｈｏ）、鉺（Ｅｒ）、逡逑銩（Ｔｍ）、鐿（Ｙｂ）、镥（Ｌｕ）再加上第三副族的釔（Ｙ）—共９個(gè)元素稱為重稀土元素（或逡逑稱為釔組稀土），而鈧（Ｓｃ）的化學(xué)和物理性質(zhì)不同于其它１６個(gè)元素，因此常說的逡逑稀土元素主要是指除鈧（Ｓｃ）以外的其他１６個(gè)元素。逡逑

１．３．１稀土離子中紅外躍遷逡逑能夠?qū)崿F(xiàn)２－３邐中紅外熒光發(fā)射的稀土離子主要有鈥離子（Ｈｏ３＋）、鉺離子逡逑（Ｅｒ３＋）和銩離子（Ｔｍ３＋）等。圖１－３給出了邋Ｈｏ３＋、Ｅｒ３＋和Ｔｍ３＋這三種離子在２－３嘩逡逑的能級躍遷圖。其中Ｈｏ３＋：邋５１７邋—邋５１８和Ｈｏ３＋：邋５１６邋—邋５１７的輻射躍遷分別對應(yīng)了逡逑Ｈｏ３＋在邋２．０邋ｐｍ邋和邋Ｚ８５邋叫的紅外發(fā)射。Ｅｒ３＋：邋４１１１／２邋—邋４１丨３／２邋和邋Ｔｍ３＋：邋３Ｈ５邋—邋３Ｈ６邋的逡逑輻射躍遷則分別對應(yīng)了邋２．７邋ｐｍ和２．３邋ｐｍ的紅外發(fā)射。逡逑２０邋￣逡逑３Ｈ４邋－ｊ—，邐逡逑１５邋—邐ｎ逡逑ｔ＾Ｔ＊＇邐２．邋Ｂｕｍ逡逑Ｅ邐－逡逑ｓｈ邋邐邋％邋＿＿邋——逡逑Ｓ邐ｌ0邐—邐４Ｉｉｉ／２邋ｔ；￣—逡逑ｉ邐５＇ｂ邐—
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ171.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2696140