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红色荧光发射型可光纤化稀土掺杂锗碲酸盐光学玻璃

发布时间:2018-06-20 19:08

  本文选题:钐离子 + 铕离子 ; 参考:《大连工业大学》2015年硕士论文


【摘要】:稀土离子掺杂的玻璃作为一种非常重要的光学材料,可以广泛用于制备光纤、波导光电子器件,在光通信、激光器、三维显示和医用光源领域存在广泛的应用前景。其中,用于光动力学疗法的光纤光源因具备传统医用激光光源和LED光源不具备的优势,有望为制造下一代光动力学医用辐射光源开辟新的途径。本课题制备了铕离子和钐离子单掺的锗碲酸盐玻璃(NZPGT),并通过差热分析、拉曼光谱、吸收光谱、激发光谱、发射光谱和光纤光谱仪-积分球测试系统对其热性质、声子能量、Judd-Ofelt(J-O)强度参数、荧光发射性质和荧光外部量子产率进行了分析。本课题取得的成果有:1.采用高温熔融淬火法分别制备了按摩尔百分比为14Na2O?10Zn O?7PbO?19GeO2?50TeO2(纤芯玻璃组分)并分别单掺占玻璃基质重量0.2wt%,0.4wt%Sm2O3和0.2wt%,1.2wt%Eu2O3的玻璃样品。该锗碲酸盐玻璃的析晶温度与转变温度之间的差值为101°C。这表明该玻璃基质具有良好的热稳定性和抗析晶能力,有望拉制出高质量的光纤。2.根据Judd-Ofelt理论,分别由钐离子掺杂锗碲酸盐玻璃的吸收光谱和铕离子掺杂锗碲酸盐玻璃的发射光谱,推算出钐离子在该锗碲酸盐玻璃基质中的J-O强度参数?t(t=2,4,6)分别为3.52?10?20 cm2,4.70?10?20 cm2和1.90?10?20 cm2;铕离子在该锗碲酸盐玻璃基质中的J-O强度参数?t(t=2,4)分别为6.25?10?20 cm2和1.77?10?20 cm2。较大的?2强度参数表明钐离子和铕离子在该锗碲酸盐玻璃基质中处于较强的共价键和反演非对称性环境。依据J-O强度参数,计算了钐离子和铕离子跃迁振子强度,辐射跃迁寿命和荧光分支比等光谱参数。由发射光谱,根据Füchtbauer-Ladenburg公式计算出钐离子在645.0 nm(4G5/2?6H9/2)处的最大受激发射截面为10.00?10?22 cm2;铕离子在612.5 nm(5D0?7F2)处的最大受激发射截面为2.05?10?21 cm2。3.通过光纤光谱仪-积分球测试系统,对其荧光外部量子产率进行了表征;研究发现,在456 nm LED泵浦光源激发下,钐离子掺杂锗碲酸盐玻璃的外部量子产率为6.0%;在391 nm LED和456 nm LED泵浦光源激发下,铕离子掺杂锗碲酸盐玻璃的荧光外部量子产率分别为12%和4.0%。本课题研究表明钐离子和铕离子单掺的锗碲酸盐玻璃具有良好的热稳定性、较大的受激发射截面和高的荧光外部量子产率,为研制出红色荧光发射型可应用于光动力学疗法的光纤光源奠定了理论和实验基础,有望进一步推动稀土离子掺杂的光电子材料应用于制造医疗器械的发展。
[Abstract]:As a very important optical material, rare earth ion doped glass can be widely used in the preparation of optical fiber and waveguide optoelectronic devices. It has a wide range of applications in the field of optical communication, laser, three-dimensional display and medical light sources. The advantage is to open a new way for the manufacture of the next generation photodynamic medical radiation source. This topic has prepared the germanium tellurite glass (NZPGT) doped with europium ions and samarium ions, and through differential thermal analysis, Raman spectrum, absorption spectrum, excitation spectrum, emission spectrum and optical fiber spectrometer - integral ball test system to its thermal properties, phonon Energy, Judd-Ofelt (J-O) intensity parameters, fluorescence emission properties and external quantum yield of fluorescence are analyzed. The achievements of this topic are as follows: 1. the percentage of chiropal was prepared by high temperature melting quenching method, 14Na2O? 10Zn O? 7PbO? 19GeO2? 50TeO2 (core glass component) and the weight 0.2wt%, 0.4wt%Sm2O3 and 0 of glass matrix respectively. .2wt%, 1.2wt%Eu2O3 glass samples. The difference between the crystallization temperature and the transition temperature of the germanium tellurite glass is 101 C.. This shows that the glass matrix has good thermal stability and anti crystallization ability. It is expected to produce high quality fiber.2. based on the Judd-Ofelt theory and the absorption spectra of germanium tellurite glass doped by samarium ions, respectively. The emission spectra of europium ions doped germanium tellurite glass are calculated. The J-O strength parameters of samarium ions in the germanium tellurite glass matrix are calculated to be 3.52? 10? 20 cm2,4.70? 10? 20 cm2 and 1.90? 10? 20 cm2, respectively; the J-O strength parameters of the europium ions in the germanate glass matrix are 6.25? 10? 20 cm2 and 1.77 10? 20 cm2., respectively. The large 2 strength parameters show that SM and europium ions are in a strong covalent bond and inverse asymmetric environment in the germanium tellurite glass matrix. According to the J-O strength parameters, the spectral parameters such as the transition oscillator strength, the radiative transition life and the fluorescence branch ratio of the samarium ions and europium ions are calculated. The emission spectra are based on the F u chtbauer-Ladenburg. The maximum stimulated emission cross section of samarium ions at 645 nm (4G5/2? 6H9/2) is 10? 10? 22 cm2, and the maximum stimulated emission cross section of europium ions at 612.5 nm (5D0? 7F2) is 2.05? 10? 21 cm2.3. through the optical fiber spectrometer integration ball test system, which is characterized by the external quantum yield of the fluorescein; it is found in the 456 nm LED pump. Under the excitation of light source, the external quantum yield of samarium ion doped germanium tellurite glass is 6%. Under the excitation of 391 nm LED and 456 nm LED pump light source, the fluorescence external quantum yield of europium ions doped germanium tellurite glass is 12% and 4.0%., respectively. The study shows that the single doped germanium tellurite glass with samarium ions and europium ions has good thermal stability. Sex, large stimulated emission cross section and high fluorescence quantum yield have laid a theoretical and experimental basis for the development of a red fluorescent emission type fiber light source which can be applied to photodynamic therapy. It is expected to further promote the application of rare earth doped optoelectronic materials to the development of medical 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:2045377

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