| 题名 | 稀土掺杂TeO2基氧卤玻璃光谱和激光性质的研究 |
| 作者 | 汪国年 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2006 |
| 授予单位 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 |
| 导师 | 姜中宏 |
| 关键词 | 稀土掺杂 碲酸盐玻璃 光谱性质 上转换发光 |
| 中文摘要 | 作为激光器和放大器基质材料，碲酸盐玻璃具有很多优秀的特征，如：（1）氧化物玻璃中最低的声子能量；（2）非常宽的透过范围；（3）高的折射率和非线性折射率；（4）大的稀土离子溶解浓度；（5）优于氟化物玻璃的稳定性和耐腐蚀能力。Yb3+离子掺杂的碲酸盐玻璃具有较高的受激发射截面和较宽的有效荧光半高宽，适合于高功率可调谐激光器的应用，而碲酸盐玻璃本身较低的声子能量也有利于上转换荧光的产生。因此，本论文的目的就是探索适合于高功率可调谐激光器和蓝绿光上转换的以TeO2为主的玻璃基质组成，从而为碲酸盐玻璃的实际应用提供一定的理论基础和依据。 论文第一章首先综述了稀土掺杂激光玻璃的理论和发展，概括了碲酸盐玻璃的研究进展，并由此引出本论文的研究思路和研究内容。 论文第二章主要介绍了实验方法、光谱理论计算、样品制备、性质测试等等。 论文第三章研究了Yb3+离子掺杂碲酸盐玻璃的光谱性质和潜在激光性能。论文首先以性质稳定的碲锌镧玻璃为基本组成，适当增加Na2O和K2O，分别采用WO3、PbO、GeO2部分取代ZnO。取代后玻璃的析晶稳定性提高，Yb3+的受激发射截面和有效荧光半高宽变大，荧光寿命略有下降，其中掺15mol%WO3的TWZ3玻璃具有最佳的潜在激光性能，经过比较，Yb3+掺杂TWZ3玻璃的激光性能稍低于磷酸盐玻璃（PN），优于其它系列玻璃，在高能量可调谐激光器上具有很大的应用潜力；同时，Yb3+离子在碲酸盐玻璃中的荧光寿命与其它玻璃系统比较相对较低，一方面是Yb3+离子本身的阈值较高，另一方面是碲酸盐玻璃中较多的OH-对Yb3+的荧光猝灭效应。首次在组分中通过加入少量的ZnF2后玻璃中OH-得到有效的去除，OH-猝灭效应显著降低，从而有效提高了Yb3+的荧光寿命；同时也增大了Yb3+的受激发射截面，从而提高了玻璃的光谱性质。 第四章主要是探索具有稳定性好、最大声子能量低的氧卤碲酸盐玻璃组成。论文首先从简单的二元氧卤碲酸盐玻璃体系入手，以成玻璃范围可达20~70mol%的TeO2-ZnX2(X=F, Cl, Br)、TeO2-PbCl2、TeO2-BiCl3体系为研究对象，重点研究了卤氧碲酸盐玻璃的拉曼光谱、析晶稳定性以及红外透过性能。研究发现，当卤化物含量达到30mol%时几乎完全去除OH-，更多的卤化物含量对OH-的影响不明显；PbCl2和BiCl3的加入可以降低玻璃的最大声子能，但采用普通的熔制方法，卤化物严重挥发，导致玻璃最大声子能量的降低并不显著；而且，当卤化物含量较高时，玻璃的析晶稳定性、化学稳定性以及机械强度均较差，不能满足光纤拉制的实际应用。作者在实验中首次采用双坩埚熔制工艺，有效降低了卤化物的挥发损失，对于含50mol%左右氯化物的试样，Cl元素挥发损失可控制在10%左右，这与普通熔制法（损失量40mol%以上）相比效果明显改善；从而使得含50mol%氯化铅和氯化铋的高氯碲酸盐玻璃的最大声子能量降低到700cm-1以下，有利于上转换发光性质的提高。通过调整玻璃组分，适当加入网络形成剂GeO2或Sb2O3，有效改善了玻璃的抗析晶能力，增加了玻璃的硬度和耐水性，从而得到了兼有较高稳定性和较低声子能量的卤氧碲酸盐玻璃玻璃组成(TBG玻璃)。另外，对于TeO2-BiCl3-Sb2O3-Yb2O3-Er3O3玻璃体系，增加Sb2O3的含量，则容易产生析晶现象。经过分析，作者首次发现在该玻璃体系中，稀土离子与网络形成体如TeO2、Sb2O3形成结晶而富集于晶相中，而玻璃中的稀土离子含量极少，如果外加组分和退火温度控制适当，可望获得碲酸盐微晶玻璃。 在第五章，首次分别对Yb3+/Er3+和Yb3+/Tm3+共掺的、具有最大声子能量低、物化和机械性质稳定高氯碲酸盐玻璃进行了上转换发光性质的研究。利用Judd-Ofelt理论计算了TBG玻璃中Er3+的辐射寿命、荧光分支比以及量子效率等发光光性能参数，得出Er3+非常容易获得绿光和红光发射。Er3+离子高的上转换发光强度主要来自两个方面：最大声子能的降低导致了非辐射跃迁几率的下降，OH-的去除提高了4I13/2能级的荧光寿命，其中最大声子能的降低起主导作用。在Yb3+/Tm3+共掺的TBG系列玻璃中，随着BiCl3含量的增加，上转换蓝光、红光和近红外光的强度都有所提高，其中蓝光增加的幅度最大。分析表明玻璃结构的非对称性增加、共价性下降导致稀土离子的吸收系数增大，从总体上提高了激发态能级的布居数；同时玻璃基质最大声子能的降低也会引起上转换发光强度的增加。上转换机理分析表明，Tm3+离子的上转换蓝光和红光都是三光子吸收过程，近红外光是双光子吸收过程。 |
| 语种 | 中文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.siom.ac.cn/handle/181231/15410]  |
| 专题 | 上海光学精密机械研究所_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 汪国年. 稀土掺杂TeO2基氧卤玻璃光谱和激光性质的研究[D]. 中国科学院上海光学精密机械研究所. 2006. |
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