2-3 μm波段稀土掺杂碲酸盐玻璃光谱性能研究
发布时间：2021-01-25 20:00
2-3 μm的激光在诸多领域有着广阔的应用前景,开发该波段的激光增益材料成为重要的研究热点。近年来,对该波段的激光输出的玻璃材料的研究重点从传统的石英玻璃和氟化物玻璃向重金属氧化物玻璃方向转移。碲酸盐玻璃作为一种非常重要的重金属氧化物玻璃,不但物化性能良好,而且有着相对较低的声子能量、稀土离子溶解能力强等优点而成为有着巨大应用潜能的中红外激光玻璃基质。本文的目的是研究能够适用于2-3μm激光输出的玻璃基质材料。本文的主要研究如下:一、玻璃基质的选择。选择传统高温熔融法制备了一系列组分含量不同的碲酸盐玻璃,通过拉曼光谱、差热分析、XRD测试、透过光谱等测试分析,最终选择了热学性质较为稳定和羟基量相对较少的67%TeO2-17%B2O3-16%BaO的玻璃体系作为玻璃基质,并进行后面的稀土离子掺杂实验及分析测试。二、Er3+掺杂TeO2-B2O3-BaO玻璃3.0 μm光谱性质研究。采用所选择的碲钡硼玻璃体系作为基质玻璃,研究了不同掺杂浓度的Er3+对该玻璃体系3.0 μm的光谱性质的影响。根据样品的吸收光谱图和J-O理论计算得到了相关的光谱参数,并分析讨论了 Er3+掺杂浓度的不同对玻璃...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２（ａ）三能级结构（ｂ）四能级结构（ｃ）准三能级结构（ＥＴＵ能量传递上转换，??
此外Ｅｒ３＋还能实现可见比波段的荧光输出，例如，５４０ｎｍ处％／２—４１１５／２??的能级跃迁和５２０ｎｍ处２Ｈｎ／２—４Ｉｉ５／２的能级跃迁产生绿光；６４０ｎｍ处４Ｆｗ２—４Ｉｉｓ／２??的能级跃迁产生红光。图１．３（ａ）显示了?Ｅｒ３＋的部分能级图。??＊ｆｗ??１（５?２０丨?—＇??２０?－?！ｈ１Ｖ２??２０?？?５ｆ４－５ｓ２???，??ＩＳ?－?ｂ?＿????？?ｙ?—??一?％?＾?ｒ?？?；ｕ?■??１?”???￡?１１０?．?％?？??Ｅｉｎ?．?ｍ?｜?ｎ?Ｔ?５?１０?－?〇?ｓｉ???？?２．７（ｉｍ?邑?＝Ｈ５???个?二＜?■?６??２?■?ｔ｜?＊＿?殳???穿■?＇?Ｘ????＾?＇ｌ３／２?＾?ｒ?＿?〇?５??５?＇?Ｅ?Ｓ?？?＾?＇?＝?＝?Ｍ?｜?Ｉ?Ｉ??ｇ?■?？?ｏ?５?■?１?§?１８ｆｉｍ?■?Ｓ?１?＾?２．０＾??〇■?ｖ—＾??０，一＾￣￣＾?〇－、」一■—??■?￡ｒｊ＋?Ｔｍ３＋?■?Ｈｏ３＋??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??图１．３?（ａ）?ＥＰ部分能级图（ｂ）?Ｔｍ３＋部分能级图（ｃ）?Ｈｏ３＋部分能级图??目前用于获得２．０阿波段激光输出的稀土离子主要有Ｔｍ３＋和Ｈｏ３＋，对其己??有大量的研宄［１８－２２】。Ｔｍ３＋的３Ｆ４－３Ｈ６能级跃迁可获得￣１．８坪ｎ波长的荧光。Ｔｍ３＋??在８０８?ｒａｎ附近的吸收带对应于３Ｈ６—３Ｈ４的跃迁，与商用８０８?ｎｍ半导体激光器??的工作波长能很好的重叠
图３．１玻璃样品的透过谱图??３．３．２拉曼光谱??图３．２是玻璃样品的拉曼光谱图，测试范围１５０－１４００?ｃｎｒ１。拉曼光谱能够反??映玻璃内部结构变化过程。玻璃结构改变对其热力学性能、光谱性能有重要影响。??一般认为，碲酸盐玻璃网络结构单元有两种ｌｉａｎ】，一种是［Ｔｅ０４］三角双锥体，Ｔｅ??处于四配体。另一种是［Ｔｅ０３］三角锥体，Ｔｅ处于三配位。［Ｔｅ〇４］三角双锥体通过??［Ｔｅ０３＋１］最终变成［Ｔｅ０３］三角锥体。玻璃体系引入网络修饰体碱金属氧化物或碱??土金属氧化物，网络结构会改变。ＢａＯ在玻璃中以［Ｂａ０６］和［Ｂａ０７］ｌ｜２ｉ多面体的形??式进入到这些链之间的空隙，使得玻璃的网络结构更加密切，从而玻璃的热学稳??定性和机械强度都得以提高Ｍ。玻璃体系引入Ｂ２０３，因Ｂ的夺氧能力更强［１３］，??使得Ｔｅ０２保持更多的［Ｔｅ０４］三角双锥体网络结构，减少了玻璃网络断裂。??在拉曼光谱中，１６０－１９０?ｃｎｒ１出现的拉曼光谱带对应着Ｂａ２＋的振动。４５０－４７５??ｃｎｒ１处的峰对应Ｔｅ－０－Ｔｅ或Ｏ－Ｔｅ－Ｏ弯曲振动。５５０－５６０?ｃｎｒ１对应Ｂ０４－四面体振??动
【参考文献】：
期刊论文
[1]TeO2-B2O3-BaO系统玻璃的形成区及其析晶行为[J]. 张明,张培忠,胡一晨,王淳,潘晓丹,张秋月. 华东理工大学学报(自然科学版). 2015(04)
[2]掺稀土光子玻璃近中红外发光与激光[J]. 王伟超,袁健,陈东丹,钱奇,徐善辉,杨中民,张勤远,姜中宏. 中国科学:技术科学. 2015(08)
[3]中红外激光技术研究进展[J]. 刘尊洋,卞进田,邵立,汪亚夫,孙晓泉. 激光与红外. 2013(08)
[4]Spectroscopic properties and energy transfer processes in Er3+/Nd3+ co-doped tellurite glass for 2.7-μm laser materials[J]. 关山,田颖,郭艳艳,胡丽丽,张军杰. Chinese Optics Letters. 2012(07)
[5]TeO2-ZnCl2-BaO-NaF玻璃系统的结构及中红外透过特性的研究[J]. 吴家禄,张军杰,赖杨琼,胡丽丽,姜中宏. 无机材料学报. 2007(02)
[6]掺铒碲酸盐玻璃的热力学稳定性和光谱性质的研究[J]. 陈炳炎,刘粤惠,陈东丹,姜中宏. 无机材料学报. 2005(03)
[7]Judd-Ofelt光谱分析理论[J]. 张庆礼,何伟,孙敦陆,王爱华,殷绍唐. 光谱学与光谱分析. 2005(03)
[8]碲酸盐系统玻璃的研究进展[J]. 罗丽庆,王海波,林健,黄文旵. 光电子技术与信息. 2005(01)
[9]Spectroscopic Properties and Judd-Ofelt Theory Analysis of Er3+-Doped Heavy Metal Oxyfluoride Silicate Glass[J]. 徐时清,杨中民,戴世勋,张军杰,胡丽丽,姜中宏. Journal of Rare Earths. 2004(03)
[10]第二章 常用激光器[J]. 安毓英. 激光与红外. 2002(03)
博士论文
[1]掺稀土多组分锗酸盐和碲酸盐玻璃光纤2.0-3.0μm中红外高效发光[D]. 王伟超.华南理工大学 2017
硕士论文
[1]稀土掺杂碲酸盐玻璃制备及～2.0μm光谱性能研究[D]. 李可人.南京邮电大学 2016
本文编号：2999805
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２（ａ）三能级结构（ｂ）四能级结构（ｃ）准三能级结构（ＥＴＵ能量传递上转换，??
此外Ｅｒ３＋还能实现可见比波段的荧光输出，例如，５４０ｎｍ处％／２—４１１５／２??的能级跃迁和５２０ｎｍ处２Ｈｎ／２—４Ｉｉ５／２的能级跃迁产生绿光；６４０ｎｍ处４Ｆｗ２—４Ｉｉｓ／２??的能级跃迁产生红光。图１．３（ａ）显示了?Ｅｒ３＋的部分能级图。??＊ｆｗ??１（５?２０丨?—＇??２０?－?！ｈ１Ｖ２??２０?？?５ｆ４－５ｓ２???，??ＩＳ?－?ｂ?＿????？?ｙ?—??一?％?＾?ｒ?？?；ｕ?■??１?”???￡?１１０?．?％?？??Ｅｉｎ?．?ｍ?｜?ｎ?Ｔ?５?１０?－?〇?ｓｉ???？?２．７（ｉｍ?邑?＝Ｈ５???个?二＜?■?６??２?■?ｔ｜?＊＿?殳???穿■?＇?Ｘ????＾?＇ｌ３／２?＾?ｒ?＿?〇?５??５?＇?Ｅ?Ｓ?？?＾?＇?＝?＝?Ｍ?｜?Ｉ?Ｉ??ｇ?■?？?ｏ?５?■?１?§?１８ｆｉｍ?■?Ｓ?１?＾?２．０＾??〇■?ｖ—＾??０，一＾￣￣＾?〇－、」一■—??■?￡ｒｊ＋?Ｔｍ３＋?■?Ｈｏ３＋??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??图１．３?（ａ）?ＥＰ部分能级图（ｂ）?Ｔｍ３＋部分能级图（ｃ）?Ｈｏ３＋部分能级图??目前用于获得２．０阿波段激光输出的稀土离子主要有Ｔｍ３＋和Ｈｏ３＋，对其己??有大量的研宄［１８－２２】。Ｔｍ３＋的３Ｆ４－３Ｈ６能级跃迁可获得￣１．８坪ｎ波长的荧光。Ｔｍ３＋??在８０８?ｒａｎ附近的吸收带对应于３Ｈ６—３Ｈ４的跃迁，与商用８０８?ｎｍ半导体激光器??的工作波长能很好的重叠
图３．１玻璃样品的透过谱图??３．３．２拉曼光谱??图３．２是玻璃样品的拉曼光谱图，测试范围１５０－１４００?ｃｎｒ１。拉曼光谱能够反??映玻璃内部结构变化过程。玻璃结构改变对其热力学性能、光谱性能有重要影响。??一般认为，碲酸盐玻璃网络结构单元有两种ｌｉａｎ】，一种是［Ｔｅ０４］三角双锥体，Ｔｅ??处于四配体。另一种是［Ｔｅ０３］三角锥体，Ｔｅ处于三配位。［Ｔｅ〇４］三角双锥体通过??［Ｔｅ０３＋１］最终变成［Ｔｅ０３］三角锥体。玻璃体系引入网络修饰体碱金属氧化物或碱??土金属氧化物，网络结构会改变。ＢａＯ在玻璃中以［Ｂａ０６］和［Ｂａ０７］ｌ｜２ｉ多面体的形??式进入到这些链之间的空隙，使得玻璃的网络结构更加密切，从而玻璃的热学稳??定性和机械强度都得以提高Ｍ。玻璃体系引入Ｂ２０３，因Ｂ的夺氧能力更强［１３］，??使得Ｔｅ０２保持更多的［Ｔｅ０４］三角双锥体网络结构，减少了玻璃网络断裂。??在拉曼光谱中，１６０－１９０?ｃｎｒ１出现的拉曼光谱带对应着Ｂａ２＋的振动。４５０－４７５??ｃｎｒ１处的峰对应Ｔｅ－０－Ｔｅ或Ｏ－Ｔｅ－Ｏ弯曲振动。５５０－５６０?ｃｎｒ１对应Ｂ０４－四面体振??动
【参考文献】：
期刊论文
[1]TeO2-B2O3-BaO系统玻璃的形成区及其析晶行为[J]. 张明,张培忠,胡一晨,王淳,潘晓丹,张秋月. 华东理工大学学报(自然科学版). 2015(04)
[2]掺稀土光子玻璃近中红外发光与激光[J]. 王伟超,袁健,陈东丹,钱奇,徐善辉,杨中民,张勤远,姜中宏. 中国科学:技术科学. 2015(08)
[3]中红外激光技术研究进展[J]. 刘尊洋,卞进田,邵立,汪亚夫,孙晓泉. 激光与红外. 2013(08)
[4]Spectroscopic properties and energy transfer processes in Er3+/Nd3+ co-doped tellurite glass for 2.7-μm laser materials[J]. 关山,田颖,郭艳艳,胡丽丽,张军杰. Chinese Optics Letters. 2012(07)
[5]TeO2-ZnCl2-BaO-NaF玻璃系统的结构及中红外透过特性的研究[J]. 吴家禄,张军杰,赖杨琼,胡丽丽,姜中宏. 无机材料学报. 2007(02)
[6]掺铒碲酸盐玻璃的热力学稳定性和光谱性质的研究[J]. 陈炳炎,刘粤惠,陈东丹,姜中宏. 无机材料学报. 2005(03)
[7]Judd-Ofelt光谱分析理论[J]. 张庆礼,何伟,孙敦陆,王爱华,殷绍唐. 光谱学与光谱分析. 2005(03)
[8]碲酸盐系统玻璃的研究进展[J]. 罗丽庆,王海波,林健,黄文旵. 光电子技术与信息. 2005(01)
[9]Spectroscopic Properties and Judd-Ofelt Theory Analysis of Er3+-Doped Heavy Metal Oxyfluoride Silicate Glass[J]. 徐时清,杨中民,戴世勋,张军杰,胡丽丽,姜中宏. Journal of Rare Earths. 2004(03)
[10]第二章 常用激光器[J]. 安毓英. 激光与红外. 2002(03)
博士论文
[1]掺稀土多组分锗酸盐和碲酸盐玻璃光纤2.0-3.0μm中红外高效发光[D]. 王伟超.华南理工大学 2017
硕士论文
[1]稀土掺杂碲酸盐玻璃制备及～2.0μm光谱性能研究[D]. 李可人.南京邮电大学 2016
本文编号：2999805
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