稀土掺杂Ga-Sb-S硫系玻璃制备及其中红外发光性能研究

发布时间：2019-09-20 17:30

【摘要】：中红外波段激光可以应用在很多重要的领域,如实时距离传感、远程探测以及军事干扰对抗等方面。以半导体激光器泵浦稀土离子掺杂的低声子导光材料是获得中红外发光的一种有效方式。本文首先总结了硫系玻璃的分类特点以及目前中红外发光的硫系玻璃材料存在难点,列举出近期国内外在稀土离子掺杂的硫系玻璃中红外发光方面的研究概况,并且归纳了各种影响硫系玻璃在中红外波段发光效率的主要因素。本文的工作以Ga-Sb-S硫系玻璃作为基础基质,Ga-Sb-S系统可以形成比较稳定的玻璃,而且其声子能量显著低于目前被广泛使用研究的Ge-基和As-基的硫系玻璃。首先采用真空熔融淬冷法制备GaSb40-S60硫系玻璃样品,并通过Archimedes法、X射线衍射、热膨胀系数分析、可见/近红外光谱吸收度与透过率、中远红外光谱透过率以及Raman散射光谱等研究了硫系玻璃样品的基本物理、结构、热稳定性和光学性能。归纳了该类硫系玻璃的光学性质与结构的依赖关系并讨论其作为稀土掺杂基质的可行性。在基质方面还通过添加卤化物进行了进一步的性能优化,探究了卤化物的添加对材料热学和光学性能的影响。然后掺入Er~(3+)离子作为发光中心,详细研究了 Er~(3+)离子在Ga-Sb-S系列硫系玻璃中的发光性质。探究了玻璃的结构、组分对稀土离子在材料中发光性质的影响。Ga-Sb-S中存在[SbS_3]三角锥结构和[GaS_4]四面体结构,其中[GaS_4]四面体结构有利于稀土离子的溶解与发光。然而,过量的Er~(3+)加入玻璃后,会形成大量的Er-S键,使Er~(3+)离子发生聚集并引发浓度猝灭效应,抑制了 Er~(3+)离子的辐射强度。为了增加Er~(3+)离子在中红外区域的发光效率,引入了 Pr~(3+)作为敏化离子并在808 nm激光的激发下测试了 Er~(3+)、Pr~(3+)共掺样品的红外发射光谱并与Er~(3+)单掺的样品进行对比。然后结合Er~(3+)的能级寿命详细讨论了 Er~(3+)和Pr~(3+)之间的能量传递,阐明了引入Pr~(3+)后对Er~(3+)辐射变化影响的内在原因。接下来分别以AgI、CsI和PbI_2为添加,以Dy~(3+)作为发光中心来探讨不同卤化物的引入对稀土离子发光特性的影响,通过对吸收光谱的分析、Judd-Ofelt参数的计算和荧光强度的对比分析了稀土离子周围局部结构环境的变化。最后总结了本文所研究材料的潜在应用并瞻望了该领域以后的发展方向和研究前景。
【学位授予单位】：宁波大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ171.1

【参考文献】