稀土离子掺杂铋酸盐玻璃的发光性能研究

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1、学校代码10259学号：156081105密级：上海应用技术大学硕士学位论文题目：稀土离子掺杂铋酸盐玻璃的发光性能研究英文题目：OpticalPropertiesofRareEarthIonsDopedBismuthGlasses专业：材料化学工程学院：材料科学与工程学院研究方向：发光玻璃姓名：金文田指导教师：房永征教授2018年5月20日稀土离子掺杂铋酸盐玻璃的发光性能研究摘要稀土离子掺杂发光玻璃，因其在激光器，光纤放大器，光纤通信和显示器等领域具有广泛的应用，而受到研究人员的广泛关注。铋酸盐玻璃具有优良的透红外性能，高折射

2、率，高密度，良好的热稳定性和较低的声子能量，是一种优良的稀土离子掺杂基质材料。采用传统的熔融法制备了一系列不同Dy3+掺杂浓度的铋锗酸盐玻璃。通过拉曼光谱研究了玻璃样品的结构，通过吸收光谱、激发光谱、发射光谱以及荧光寿命，研究了玻璃样品在3m波段和可见光波段的发光性能。结果表明，所制备的铋锗酸盐玻璃主要是由[BiO3]三角锥体、[BiO6]八面体和[GeO4]四面体通过复杂的网络结构连接而成。样品在中红外区域具有良好的透过率，最大透过率达到78%。在808nm激光泵浦下获得了较宽的2.9m发光，半高宽高达374nm。当掺入

3、1mol%Dy3+时，发光强度达到最大，峰值发射截面为7.7810-21cm2。在391nm激光泵浦下，样品发出白光，并且可以通过调节Dy3+含量调节发光的颜色。因此所研制的铋锗酸盐玻璃在中红外激光器及白光LED照明领域具有潜在的应用价值。采用高温熔融法制备了一系列Tm3+/Dy3+共掺杂铋硅酸盐玻璃。通过差热分析曲线、拉曼光谱、红外透过光谱、吸收光谱、荧光光谱和荧光衰减曲线，对800nm激光泵浦下玻璃样品的1.47μm波段发光特性进行了研究。结果表明，制备的铋硅酸盐玻璃具有优良的热稳定性、较低的声子能量和较高的红外透过率，

4、在800nm激光泵浦下，随着Dy3+离子掺杂浓度的逐渐增加，Tm3+：3H33+334→F4能级跃迁和Tm：F4→H6能级跃迁分别对应的1.47μm发光和1.8μm发光出现明显的强度反转，当Dy3+离子浓度为0.3mol%时，1.47μm波段的发光峰值强度超过1.8μm发光，实现了Dy3+对Tm3+1.47μm宽带发光的敏化增强，其荧光半高宽(FWHM)为118nm。根据Fuchtbauer–Ladenburg公式计算得到1.47μm波段发光的最大受激发射截面(σ-212e)为4.3710cm，光纤放大品质因子(FWHMσ

5、-2633+3+e)为5.3110cm。良好的近红外宽带发光特性表明Tm/Dy共掺铋硅酸盐玻璃在S波段光纤放大器领域具有潜在的应用。采用传统的熔融法制备了Er3+/Tm3+共掺杂铋硅酸盐玻璃。通过测试玻璃样品的吸收光谱和荧光光谱，分析和表征了Er3+、Tm3+离子之间的能量传递机制和传递效率。结果表明：在800nm和1550nm光源泵浦下，Er3+的掺入能够增强Tm3+离子1.8μm发光，相应的最大发射截面分别为6.7×10-21cm2和7.3×10-21cm2，荧光带宽达到250nm。根据Dexter-Foster模型，得

6、到Er3+：4I3+313/2能级到Tm：F4能级的直接能量传递系数为16.8×10-40cm6/s。结果表明，制备的铋硅酸盐玻璃可作为1.8μm激光器材料。关键词：铋酸盐玻璃，Dy3+掺杂，Tm3+/Dy3+共掺，Er3+/Tm3+共掺，光谱性质OpticalPropertiesofRareEarthIonsDopedBismuthGlassesAbstractRareearthionsdopedglasseshavebeenwidelyinvestigatedduetotheirpotentialapplicationsi

7、nvariousopticaldevicessuchassolidstatelasers,opticalfiberamplifiers,opticalcommunicationsanddisplay.Bismuthoxideglasseshavebeenconsideredtobeapromisingrareearthiondopedmatrixmaterialduotoitsvariousadvantages,suchashighinfraredtransparency,highrefractiveindex,highden

8、sity,highthermalstabilityandlowphononenergy.BismuthgermanateglassesdopedwithaseriesofdifferentconcentrationsofDy3+ionsweresynthesizedusing