【摘要】：中紅外光在通信、醫(yī)療、遙感等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。稀土摻雜的玻璃材料具有稀土溶解度高,易加工成型等優(yōu)勢,在中紅外發(fā)光材料中被廣泛關(guān)注。氟鋯酸鹽玻璃具有高透過,低損耗,低聲子能量等優(yōu)點,適合作為中紅外發(fā)光材料。本文基于氟鋯酸鹽玻璃體系,通過陰離子取代和敏化劑共摻,改善中紅外發(fā)光性能。主要研究內(nèi)容如下:制備了透明的Er~(3+)/Yb~(3+)共摻氟氯鋯酸鹽玻璃。J-O計算結(jié)果表明,氯離子增加了稀土離子局域晶體場的不對稱性,提高了輻射躍遷幾率。傅里葉變換紅外光譜證明樣品具有高的中紅外光透過率和低的羥基含量。拉曼光譜確認了氟氯鋯酸鹽玻璃的最大聲子能量,并通過德拜模型說明它具有更低的聲子密度。通過不同激發(fā)光獲得了熒光光譜和能級壽命并詳細的討論了能量轉(zhuǎn)移過程。氟氯鋯酸鹽玻璃中,Yb~(3+)含量的增加不僅會增加~4I_(11/2)能級的電子布居,還會影響激發(fā)態(tài)吸收導(dǎo)致~4I_(13/2)電子布居的相對減少,使中紅外發(fā)光的增強。同時,~4I_(11/2)壽命在反向的能量傳遞過程中的減少,可以推斷正向傳遞過程中壽命的增加。這有利于降低泵浦閾值并且提高激光發(fā)射功率。陰離子取代和敏化劑共摻兩種方法的共同作用會提高中紅外發(fā)光強度。制備了透明的Ho~(3+)/Yb~(3+)共摻氟鋯酸鹽玻璃(Zr-Ba-La-Al-Y-F_x,簡稱ZBLAY)。通過調(diào)制Ho~(3+)、Yb~(3+)、BaCl_2的濃度研究中紅外發(fā)光性能。拉曼光譜顯示ZBLAY玻璃的聲子能量為588 cm~(-1),低于傳統(tǒng)氟鋯酸鹽玻璃的600 cm~(-1),一定程度上降低了非輻射躍遷幾率。J-O理論計算結(jié)果表明,Yb~(3+)會增加晶體場的不對稱性,增大輻射躍遷幾率。紅外熒光光譜顯示Yb~(3+)能有效吸收能量轉(zhuǎn)移給Ho~(3+),因此提高Ho~(3+)的紅外發(fā)光、改善Ho~(3+)吸收效率低的問題。Yb~(3+)-Ho~(3+)的能量傳遞效率為72.6%。討論了ZBLAY玻璃中Yb~(3+)到Ho~(3+)的能量傳遞機制:聲子輔助的能量傳遞和交叉馳豫。使用熔融淬火法制備了Bi~(3+)/Ho~(3+)共摻ZBLAY玻璃,探究了Bi~(3+)對Ho~(3+)的敏化作用。吸收光譜表明1200 nm附近Ho~(3+)的吸收峰被Bi~(3+)增強。J-O理論顯示,Bi~(3+)可以改變玻璃的共價性和不對稱性,提高Ho~(3+)的躍遷幾率。熒光光譜表明Bi~(3+)能提高Ho~(3+)的紅外發(fā)光。使用XRD表征Er~(3+)/Pr~(3+)共摻的ZBLAY玻璃,Pr~(3+)共摻不會導(dǎo)致樣品析晶且樣品仍具有良好的可見光透過性。比較了所有樣品的熒光壽命和熒光強度,最佳Er~(3+)/Pr~(3+)共摻濃度比為4:0.5。結(jié)合光譜和壽命討論了能量轉(zhuǎn)移過程,結(jié)果表明Pr~(3+)會造成~4I_(13/2)能級退激發(fā),減少~4I_(13/2)能級的壽命,因此增強2.7μm發(fā)光強度。
【圖文】：

第一章 緒論 選題背景.1 引言激光由于其高能量、高亮度、單色性和相干性而廣泛被應(yīng)用在通信[1]、醫(yī)學(xué)[2]、探]遙感領(lǐng)域。2-3 μm 中紅外光由于人眼安全[4]且處在大氣窗口[5]等特點，，展現(xiàn)出巨大用前景，包括生物成像、污染物檢測、空間通信和激光手術(shù)[6]等方面。自 1960 年紅激光發(fā)明以來，科學(xué)家已經(jīng)制造了數(shù)百種摻有稀土離子的晶體和玻璃[7]，并在固態(tài)器中用于產(chǎn)生不同波長的相干光。光纖激光器具有體積小、功率高、光束質(zhì)量好等，是未來固體激光器的發(fā)展方向[8]。用玻璃制備的單模光纖作為最靈活和最緊湊的介質(zhì)，可實現(xiàn)高效率激光和出色的光束質(zhì)量。光纖激光器為中紅外激光器的小型化了新的選擇。

圖 1-2.電子組態(tài)與能量Fig.1-2.Pauling energy diagram了稀土離子中的躍遷種類主要是4nf 組態(tài)內(nèi)躍遷。4 f價稀土離子中，或者三價離子的紫外區(qū)。比如 Eu2+的場影響，在鋁酸鹽基質(zhì)中呈藍色發(fā)光，在硫化鋅中發(fā)綠的稀土離子能級結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O482.31;TQ171.7

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本文編號：2705699