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适于器件化的镨离子掺杂铝磷酸盐光学玻璃

发布时间:2018-03-10 13:33

  本文选题:铝磷酸盐玻璃 切入点:镨离子 出处:《大连工业大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:稀土掺杂光学玻璃在激光、通信、照明器件等方面具有广阔的应用前景。其中,镨离子的4f 2壳层电子构型相对简单,且能级丰富,在紫外、可见和红外区域均具有有效的多通道辐射跃迁,这些特性使得镨离子成为发光材料中一种极为重要的激活剂而被广泛研究。同时寻找合适的玻璃基质材料,获得高增益、宽带宽、紧凑型的光学放大器,使其工作波长向C波段以外区域扩展是非常必要的。此外,光波导器件产生的超荧光具有很强的方向性,在可见波导光源方面具有广阔的应用前景。基于这种考虑,我们设计制备了Pr3+掺杂的铝磷酸盐光学玻璃,测试解析了Pr3+在其中的光学和光谱特性。本工作取得了以下成果:1.采用高温熔融法制备了适宜拉制光纤且具有高效近红外发射的Pr3+掺杂的LCBALP光学玻璃,并对玻璃基质进行光学和和光谱测试。根据Judd-Ofelt理论计算强场参数t?(t=2,4,6)分别为9.17?10?20 cm2,16.50?10?20 cm2和2.41?10?20cm2。玻璃样品在488nm波长激发下具有?1.47?m的近红外发射,归属于1D2?1G4能级的辐射跃迁,该发射的最大发射截面为12.28?10?21 cm2,有效半宽为158 nm,辐射跃迁几率为719.4 s?1,1D2能级的量子效率值是85.4%。高效的近红外发射表明了Pr3+掺杂的LCBALP光学玻璃可实现光信号放大向E+S波段的有效拓展,揭示其具有应用于特殊波段宽带光纤放大器的潜力,为新型宽带光学放大器件的探索提供思路。2.采用离子交换技术制备了支持红外单模传输的Pr3+掺杂的NMAP-1玻璃波导,并对玻璃基质进行光学和和光谱测试。根据Judd-Ofelt理论计算强场参数t?(t=2,4,6)分别为6.38?10?20 cm2,20.30?10?20 cm2和0.40?10?20 cm2。玻璃样品可以在442nm激发下实现1462nm的近红外发射,该发射最大的受激发射截面处于1468nm波长处,值为1.14?10?20cm2,荧高半高宽为116nm,辐射跃迁几率为514.0 s?1。结果表明,其发射强度及谱带宽度均满足红外波导放大器的要求,具备制作波导器件的潜力。通过离子交换技术,获得的镨掺杂NMAP-1玻璃平面光波导可以支持可见多模和红外单模的光信号传输,其折射率的最大改变量为0.0083,可以与传统的单模光纤的折射率相匹配,能够实现与红外单模光纤的高效耦合。综上所述,Pr3+掺杂的NMAP-1玻璃在红外波导器件方面具有很大的应用潜力。3.采用离子交换技术制备了支持可见单模传输的Pr3+掺杂的NMAP-2玻璃波导,并对玻璃基质进行光学和和光谱测试。根据Judd-Ofelt理论计算强场参数t?(t=2,4,6)分别为8.04?10?20 cm2,19.85?10?20 cm2和0.54?10?20 cm2。玻璃样品在443nm激发下具有597.0nm的可见发射,归属于1D2?3H4能级的辐射跃迁,该发射的辐射跃迁几率为824.3 s?1,实验寿命为144.1?s,1D2能级的量子效率为87.7%,表明了有望实现源自1D2能级的有效发射。通过离子交换技术,获得的镨掺杂NMAP-2玻璃平面光波导可以支持可见单模光的信号传输。综上所述,Pr3+掺杂的NMAP-2玻璃在可见波导光源方面具有很好的应用潜力。本文研究表明具有良好热稳定性的铝磷酸盐玻璃是制备特殊波段宽带光纤放大器和能与可见、红外单模光纤高效匹配的波导器件的基底材料。基于Pr3+掺杂铝磷酸盐玻璃的高效近红外发射特性和支持可见、红外单模信号传输的性能,我们相信Pr3+掺杂铝磷酸盐光学玻璃将在红外信号放大和可见波导光源等功能性器件方面大有作为。
[Abstract]:Rare earth doped optical glass in laser communication, and has broad application prospects of lighting devices. Among them, praseodymium ion 4f 2 shell electronic configuration is relatively simple, and abundant energy levels in the ultraviolet, visible and infrared region with multi channel effective radiative transitions, these features make it become a very praseodymium ion activator of important and widely studied in luminescent materials. At the same time to find suitable glass matrix material, high gain, wide bandwidth, compact optical amplifier, the working wavelength to C band outside the regional expansion is very necessary. In addition, optical waveguide devices produce super fluorescence has very strong direction, has a broad application prospect in the visible light waveguide. Based on this consideration, we design the aluminum phosphate optical glass doped with Pr3+ were prepared. The test analysis of the Pr3+ in the optical and spectral characteristics in this work. The following results were obtained: 1. by high temperature melting method suitable for drawing the fiber and has high optical glass LCBALP near infrared emission of Pr3+ doped were prepared, and the optical and spectral test of glass matrix. Calculation of field parameter t according to the theory of Judd-Ofelt? (t=2,4,6) were 9.17? 10? 20 cm2,16.50? 10? 20 cm2 2.41 and? 10? 20cm2. glass samples under 488nm excitation wavelength is 1.47?? near infrared emission of M, belonging to 1D2? 1G4 transition energy level, the maximum emission section of the emission is 12.28? 10? 21 cm2, effective half width is 158 nm, radiative transition probability is 719.4 s? The quantum efficiency of 1,1D2 the energy value is near infrared emission of 85.4%., that LCBALP optical glass doped Pr3+ can realize optical signal amplification to effectively expand the E+S band, and reveals its application in special broadband fiber amplifier potential for new broadband optical amplifier The exploration of ideas by ion NMAP-1.2. glass waveguide supports infrared single-mode doped Pr3+ was prepared and exchange, and optical spectrum test of glass matrix calculation. Strong field parameters of T based on the theory of Judd-Ofelt? (t=2,4,6) were 6.38? 10? 20 cm2,20.30? 10 cm2? 20 and 0.40? 10 20? Cm2. glass sample can achieve near infrared emission of 1462nm under 442nm excitation, the emission maximum of the stimulated emission cross section at 1468nm wavelength was 1.14? 10? 20cm2, high fluorescence FWHM is 116nm, radiative transition probability is 514 s? 1.. The results showed that the emission intensity and band width meet the requirements of infrared waveguide amplifier, with waveguide devices. Through the technology of ion exchange potential, the optical signal transmission of praseodymium doped NMAP-1 glass planar optical waveguide can achieve visible and infrared single-mode multimode support, the biggest change of its refractive index The amount of 0.0083, can be matched with the traditional single-mode fiber refractive index can be achieved with infrared single-mode fiber coupling efficiency. In conclusion, Pr3+ doped NMAP-1 glass.3. has great potential in application by ion NMAP-2 glass waveguide supports visible single-mode transmission doped Pr3+ was prepared in exchange for optical waveguide devices, and optical and spectral test of glass matrix. Calculation of field parameter t according to the theory of Judd-Ofelt? (t=2,4,6) were 8.04? 10? 20 cm2,19.85? 10 cm2? 20 and 0.54? 10? 20 cm2. visible emission glass samples with 597.0nm in 443nm under the excitation, attributable to the 1D2? 3H4 transition energy, radiation the emission transition probability is 824.3 s? 1, the life expectancy of 144.1? S, the quantum efficiency of 1D2 level is 87.7%, that is expected to achieve effective emission from 1D2 level. Through ion exchange technology, praseodymium doped N obtained MAP-2 signal transmission glass planar waveguide can support visible single-mode light. To sum up, Pr3+ doped NMAP-2 glass has good potential application in visible light waveguide. This study shows that with good thermal stability of aluminum phosphate glass is prepared by special broadband fiber amplifier and visible infrared waveguide single-mode optical fiber base material efficient matching. Pr3+ aluminum doped phosphate glass, near infrared emission and visible support based on the performance of the infrared signal transmission mode, we believe that Pr3+ doped aluminum phosphate optical glass will play a great role in the infrared and visible light waveguide signal amplification and other functional devices.

【学位授予单位】:大连工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TQ171.734

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本文编号:1593562

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