光学碱度对稀土离子掺杂锗酸盐玻璃荧光特性的影响研究

【摘要】稀土元素由于其独特的电子层结构具有上转换、下转换、近红外发光性质而被广泛的应用于全固态激光器、立体显示、光纤放大器用增益材料等发光材料中,稀土离子掺杂材料的各种应用都需要较高的发光效率作为基础,稀土离子的发光效率与其所处基质光学碱度环境相关,基质光学碱度对稀土离子电子在各能级的布居、能量传递有较大影响。稀土离子的发光性质可通过光学碱度调控。本文研究了光学碱度对稀土掺杂玻璃发光性质的影响。研究了碱金属、碱土金属锗酸盐基质玻璃的结构。随着碱金属/碱土金属离子半径的增加,对Ge-O-Ge键削弱增加,形成的非桥氧键增多,引入的富于氧原子,锗氧四面体[GeO4]向锗氧[GeO6]八面体转变。在不同激发波长激发下,基质玻璃的折射率随加入的碱/碱土金属离子半径增大而增加。研究了光学碱度对Er3+掺杂碱金属/碱土金属锗酸盐玻璃的上转换发光性质的影响。通过改变碱/碱土金属离子种类及离子浓度,调控基质玻璃的光学碱度。研究结果表明,随着碱/碱土金属离子半径及离子浓度的增加,基质光学碱度增加。在980nm激光激发下,随着光学碱度增加,红绿上转换的Hi1/2，S3/2，F9/2能级粒子布居数降低,Er3+掺杂碱金属/碱土金属锗酸盐玻璃的红绿上转换的发光强度降低。另一方面,光学碱度增加,玻璃基质共价性降低,Er3+离子受周围环境的束缚降低,Er3+离子之间的距离增大,能量传递效率降低,导致红色上转换发光强度降低更为明显。研究了光学碱度对Er3+、Tm3+、Bi离子单掺杂锗酸盐玻璃的近红外发光性质的影响。通过改变碱/碱土金属离子半径及离子浓度,调控玻璃基质的光学碱度。研究结果表明,在980nm激光激发下,随光学碱度增加,晶体场参数Ω6降低,吸收和发射截面积减小,4I13/2能级的寿命降低,半高宽减小,Er3+掺杂锗酸盐玻璃在1.55μm处出现近红外发光随着光学碱度的增加而降低。在808nm激光激发下,Tm3+掺杂玻璃的近红外发光强度随光学碱度的增加而降低,半高宽减小。对Bi离子单掺杂锗酸盐玻璃的近红外发光研究结果表明,玻璃基质的光学碱度改变,Bi离子的红外超宽带发光强度、荧光带宽以及荧光寿命等都随之发生变化,在690nm激光激发下,半高宽最宽可达428nm。通过调控玻璃基质的光学碱度,实现对Bi离子发光强度及半高宽的调控。本研究成果将对今后超宽带光放大材料领域的研究工作提供一定的理论基础。研究了不同泵浦源下,光学碱度对Bi/Yb3+离子共掺杂锗酸盐玻璃近红外宽带发光性质的影响。研究结果表明,Bi/Yb3+离子间的相互能量传递机制随着光学碱度的变化而改变,随着光学碱度的增加,Bi/Yb3+离子共掺杂锗酸盐玻璃近红外宽带发光强度降低。
【作者】王荣飞；
【导师】邱建备；
【作者基本信息】昆明理工大学，材料学，2014，博士
【关键词】光学碱度；稀土离子；锗酸盐；上转换；近红外发光；

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