掺铒碲酸盐玻璃中的浓度猝灭机理研究

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1、第(&卷第%期"##(年%月物理学报RD>)(&，HD)%，TaBa@-，"##($###1’"G#O"##(O(（&#%）O’%G&1#7TUITV3^ZSUTZSHSUT!"##(UP=E)VPb@)ZDC)"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""掺铒碲酸盐玻璃中的浓度猝灭机理研究!!于春雷戴世勋周刚张军杰胡丽丽姜中宏（中国科学院上海光学精密机械研究所，上海"#$%##）（"##&年$$月’#日收到；"##(年’月%日收到修改稿）测试了掺铒碲酸盐玻

2、璃在不同掺杂浓度下的荧光特性)根据*+,-+.能量转移理论计算了/.’0在碲酸盐玻璃中发生浓度猝灭的临界距离!及/.’0间相互作用参数"，并与其他基质玻璃中"数值进行了比较)最后建立#/.1/./.1/.了/.’0基于234作为猝灭中心下碲酸盐玻璃中的浓度猝灭模型)’0关键词：浓度猝灭模型，能量转移，碲酸盐玻璃，/.!"##：5%((，&"((6，5%&#$F引言"F实验［$］自从$GG5年日本HII公司的9D.=等首先提$%&%样品制备出了掺铒碲酸盐玻璃光纤可以用于宽带放大器以选取玻璃组分（;D>J）为5(I+2"1"#KE2（1(4

3、#）来，掺铒碲基光纤及其光纤材料基质方面的研究取L<"2’1#/."2（’#M#F#(，#F$，#F’，#F7，$F#，"F#，’F#），得了很大的进展)掺铒碲基光纤与传统的掺铒石英其中I+2"，KE2，L<"2’，/."2’的纯度为GGFGGJ)按基质光纤相比具有受激发射截面大、增益带宽宽的配方精确称取混合料约’#B，充分混合，搅拌均匀，特点)由于玻璃基质的光纤损耗较高，在碲基玻璃光放入白金坩埚中于%(#N左右的硅碳棒电炉中熔化’0纤中要实现理想的光功率输出需要高的/.掺杂’#—’(;=E，然后经搅拌澄清后浇注在石墨模上，移浓度以及高

4、的抽运功率，然而掺杂浓度的增加和抽入预热到玻璃转变温度$左右的马弗炉中退火，B运功率的提高会带来一些负面影响，如浓度猝灭和退火速度为$#NOP)将玻璃加工成尺寸为$#;;Q合作上转换，这对于光放大器都相当不利)因此，研$#;;Q$F(;;的玻璃片，玻璃片两大面抛光以供’0测试用)究/.在碲基玻璃光纤中的浓度猝灭问题极为重要)目前，在磷酸盐玻璃、硅酸盐玻璃以及铅铋基等$%$%性能测试［"—(］’04玻璃中由于/.浓度增加以及23引起的浓度样品密度采用排水失重法测量)玻璃折射率用’0猝灭理论模型已有相应的报道，但对/.在碲酸盐R型棱镜折光仪

5、测定)红外光谱用3SITU3S"5#1(#玻璃中浓度猝灭的理论模型研究还未见报道)型红外分光光度计进行测量)吸收光谱测试应用本文通过对不同/.’0掺杂浓度样品的吸收光V/6WSH1/L9/61LTHX*TG##YRORSZOHS6型分光光度［7］计，测量范围为&##—$7((E;，测量波长步长为#F$谱、荧光光谱及荧光寿命的测试，根据*+,-+.能量E;)荧光光谱测试采用功率为$##;[，工作中心波’04转移理论建立了/.在碲酸盐玻璃中基于23引长为G5&E;L*作为激发源，由法国D]=E1^_DE公司起能量损失的浓度猝灭模型，并与其

6、他几种基质玻的I6ST:((#型光谱仪记录)荧光寿命测量采用脉璃中的情况作了比较)冲宽度为$#E@，频率为(#3‘的G&#E;L*作为激发!国家自然科学基金（批准号：7#"#5##7）和上海市青年科技启明星计划（批准号：#&89:$&&%）资助的课题)!通讯联系人)/1;<=>：?@,A><@+.B><@@)CD;)CE9期于春雷等：掺铒碲酸盐玻璃中的浓度猝灭机理研究"9@+源，信号经单色仪、光电倍增管传递到示波器上，通品计算结果与该图相似!过荧光曲线的衰减确定荧光寿命!整个测试中抽运源功率和位置保持不变，所有被测试样品都紧贴于光谱仪狭

7、缝入口处同一位置!以上所有测试均在室温下进行!"#实验结果与讨论!&’’!"#"$%的!#!()!!#*()荧光光谱性能随浓度的变化"’((图$给出了%&从!$")*能级向!$+)*能级跃迁产生的归一化荧光光谱曲线随掺杂浓度变化情况!从"’图$可以看出，%&在碲酸盐玻璃中的特征荧光主((峰位于$+"*,-，对应于!$")*和!$+)*两能级的最低图*掺杂浓度为:#$-;<=的归一化吸收发射截面重叠曲线"’./0&1能级之间的跃迁，随着%&掺杂浓度的增加荧"’(光光谱半高宽（2345）呈明显增加的趋势!这种变图"为测得的%&的!$")*能

8、级荧光寿命和宽主要是由于荧光俘获效应引起，它往往在三能级((!$")*!!$+)*荧光光谱峰值波长对应的荧光强度随稀土离子（如%&"’，67"’）的吸收光谱和荧光光谱重"’掺杂浓度变化曲线!从图"可见，%&