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铋掺杂硅酸盐玻璃的制备与光谱特性研究

作 者: 徐兵
导 师: 戴能利
学 校: 华中科技大学
专 业: 光电信息工程
关键词:  硅酸盐玻璃 光纤放大器 红外宽带发光 能量传递
分类号: TQ171.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要


2001年Fujimoto首次报道掺杂铝硅酸盐玻璃红外宽带发光现象以来,对铋掺杂玻璃超宽带红外发光现象的研究已经成为当前的热点课题。传统的稀土离子(Er3+,Tm3+和Pr3+)光纤放大器受制于4f壳层电子间的禁戒跃迁,其工作带宽很难突破100nm,极大地限制了波分复用系统的进一步发展。而拉曼光纤放大器虽然能够实现宽带放大,但由于结构复杂、所需泵浦能量高而制约了它的发展与应用。铋掺杂玻璃在7001100nm波长范围内的任意波长处激发,会发射覆盖10001600nm波长范围的超宽带红外发光,荧光的最大值半高宽(FWHM)约300nm,荧光寿命约为几百微秒。铋掺杂玻璃这种超宽带光学性能表明它是一种非常有前途的潜在超宽带光放大材料,很有可能成为超宽带光纤放大器、可调谐激光器和超短脉冲激光光源的增益介质。硅酸盐玻璃以SiO2为主要组成,具有很好的物理化学性质,并且与目前光通信系统有良好的兼容性。本论文以铋掺杂硅酸盐玻璃的光谱特性研究为主要工作,系统地研究了铝、钇和镧对铋掺杂硅酸盐玻璃的超宽带红外发光的影响,研究了镱、铋共掺硅酸盐玻璃通过能量传递方式敏化发光的光谱特性,实现了增强的硅酸盐基质掺铋玻璃的宽带红外发光。我们获得的主要成果如下:(1)在单掺铋硅酸盐玻璃中,超宽带近红外发光具有最佳的铋掺杂浓度,约为22.5mol%;65SiO2·10Al2O3·25CaCO3·2Bi2O3玻璃样品的近红外发光半高宽为182 nm,荧光寿命达465μs,受激发射截面为4.11×10-20cm2;(2)氧化铝和氧化钇在铋的红外发光中起到分散剂的作用,同时铝离子可以在玻璃中形成铝氧四面体,对铋红外活性离子的形成产生影响,适量的铝离子和钇离子与铋共掺可以增强铋的红外发光。氧化镧的掺入会降低铋的吸收和红外发光,应该避免在掺铋材料中掺入镧;(3)镱铋共掺硅酸盐玻璃体系分别在808nm和976nm泵浦下产生近红外宽带发光,而单掺铋样品在976nm泵浦下的红外发光与808nm泵浦相比强度微弱的多,所以镱铋共掺硅酸盐玻璃在976nm泵浦下的强红外发光来源于镱离子对铋离子的能量传递过程,荧光寿命的测试结果印证了这一结论。实验结果最大值处可以增强铋红外发光达三十倍,镱是一种十分有效地增强铋红外发光的敏化剂。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-19
  1.1 光纤通信的发展  10-12
  1.2 稀土掺杂光纤放大器和拉曼光纤放大器  12-16
  1.3 混合光纤放大器  16
  1.4 新型超宽带光放大器用掺发光材料  16-19
2 样品制备与理论计算  19-22
  2.1 样品制备  19-20
  2.2 理论计算  20-22
3 铋单掺硅酸盐玻璃光谱特性及发光机理研究  22-32
  3.1 引言  22
  3.2 玻璃样品组分  22-23
  3.3 实验结果与讨论  23-29
  3.4 铋红外发光机理  29-31
  3.5 本章小结  31-32
4 铝、钇、镧与铋共掺硅酸盐玻璃光谱特性研究  32-43
  4.1 引言  32
  4.2 玻璃样品组分  32-33
  4.3 实验结果与讨论  33-41
  4.4 本章小结  41-43
5 镱-铋共掺硅酸盐玻璃光谱特性研究  43-50
  5.1 引言  43
  5.2 玻璃样品组分  43
  5.3 实验结果与讨论  43-49
  5.4 本章小结  49-50
6 总结  50-52
致谢  52-53
参考文献  53-56

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 玻璃工业 > 基础理论
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