鉺鐿共摻磷酸鹽發(fā)光玻璃的制備及性能研究.pdf

1、摻Er玻璃是目前激光材料領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)之一，其在1.53μm處的發(fā)光對(duì)光纖通信領(lǐng)域內(nèi)的光放大應(yīng)用具有重要意義。目前，隨著器件小型化的發(fā)展趨勢(shì)，一方面，對(duì)玻璃中的摻Er濃度提出了更高的要求：另一方面，由于Yb3+離子卓越的敏化性能，對(duì)Er/Yb共摻玻璃的研究也越來越深入。由于磷酸鹽具有對(duì)稀土離子高的溶解度，因此，研究磷酸鹽體系玻璃中Er單摻、E/rYb共摻系統(tǒng)的物理特性和光學(xué)特性對(duì)推動(dòng)Er摻雜激光器、放大器材料的發(fā)展具有非常重要的應(yīng)用價(jià)

2、值。 本文采用兩步熔融法制備了相同基質(zhì)，Er3+離子濃度固定0.5mol％不變Yb3+離子濃度由0mol％依次增加1.5mol％變化到7.5mol％的系列磷酸鹽玻璃，并對(duì)各Yb3+離子摻雜濃度下的玻璃試樣進(jìn)行了密度、厚度、折射率、熱穩(wěn)定性等物理性能的測(cè)試；根據(jù)各樣品的吸收光譜，利用J-O理論計(jì)算得到此玻璃體系的系列光譜參數(shù)，并對(duì)其熒光光譜進(jìn)行了測(cè)試分析。另外，在前面分析得到的最佳配比方案的基礎(chǔ)上，采用添加重金屬氧化物Bi2O3對(duì)

3、其進(jìn)行改性，并對(duì)各項(xiàng)性能進(jìn)行測(cè)試比較。最后通過分析制備工藝條件的影響因素，進(jìn)一步確定最佳的制備方案。 制備得到的玻璃樣品密度在1.4470～1.5382g/cm3之間，當(dāng)摻雜的Yb2O3為6.0m01％(E5樣品)時(shí)，玻璃的密度達(dá)到最大為1.5382g/cm3；得到的玻璃樣品折射率在1.54左右。通過DTA測(cè)試，得到玻璃樣品的開始析晶溫度和玻璃轉(zhuǎn)變溫度差值ΔT，在E5樣品達(dá)到最大值為154℃，具有良好的熱穩(wěn)定性。對(duì)系列玻璃進(jìn)行耐

4、水性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)前2個(gè)小時(shí)腐蝕程度大后面基本呈線性增加。 本實(shí)驗(yàn)對(duì)發(fā)光玻璃吸收光譜的測(cè)試，吸收光譜主要有7個(gè)吸收峰，中心位置波長(zhǎng)分別為：488，520，544，651，798，978，1534nm，吸收峰分別對(duì)應(yīng)于Er3+離子從基態(tài)4I15/2到各個(gè)激發(fā)態(tài)4F7/2，2H11/2，4S3/2，4F9/2，4I9/2，4I11/2，4I13/2以及Yb3+離子從基態(tài)2F7/2到2F5/2的吸收躍遷。利用J-O理論計(jì)算得到唯象強(qiáng)度參

5、數(shù)Ωt，Ω2在7.04～7.52之間，Ω4在1.67～1.96之間，Ω6在1.05～1.24之間；計(jì)算出Er3+離子在本實(shí)驗(yàn)樣品中的自發(fā)輻射躍遷幾率Aed、Amd，熒光強(qiáng)度分支比β和輻射壽命τrad，利用McCumber理論計(jì)算得到的發(fā)射截面達(dá)到0.84pm2。 測(cè)試樣品在1.5μm處的熒光光譜，各樣品的熒光峰值波長(zhǎng)并沒有發(fā)生變化，均為1534nm；熒光強(qiáng)度隨著Yb3+離子濃度的增加先變大后降低，在E5樣品中達(dá)到最大值，熒光半高

6、寬可達(dá)到38nm；本實(shí)驗(yàn)制備的PBAZN系列磷酸鹽玻璃的Yb3+：Er3+最佳比為12：1。得到的上轉(zhuǎn)換發(fā)射光譜有三個(gè)，可見峰位于522，545，651nm，在E5樣品中綠光強(qiáng)度是單摻鉺的5倍左右，紅光強(qiáng)度為3倍左右。 通過對(duì)E5樣品配方添加10mol％的Bi2O3進(jìn)行改性實(shí)驗(yàn)，玻璃的密度、折射率、熱穩(wěn)定性都得到一定提高，通過熒光光譜測(cè)試發(fā)現(xiàn)摻雜氧化鉍后的鉍磷酸鹽玻璃的峰值在1544nm，向長(zhǎng)波方向移動(dòng)了；熒光半高寬為48nm。