卤素取代和离子能量传递对稀土掺杂氟锆酸盐玻璃中红外发光性能的影响

发布时间：2020-06-10 03:22

【摘要】：中红外光在通信、医疗、遥感等方面具有广泛的应用前景。稀土掺杂的玻璃材料具有稀土溶解度高,易加工成型等优势,在中红外发光材料中被广泛关注。氟锆酸盐玻璃具有高透过,低损耗,低声子能量等优点,适合作为中红外发光材料。本文基于氟锆酸盐玻璃体系,通过阴离子取代和敏化剂共掺,改善中红外发光性能。主要研究内容如下:制备了透明的Er~(3+)/Yb~(3+)共掺氟氯锆酸盐玻璃。J-O计算结果表明,氯离子增加了稀土离子局域晶体场的不对称性,提高了辐射跃迁几率。傅里叶变换红外光谱证明样品具有高的中红外光透过率和低的羟基含量。拉曼光谱确认了氟氯锆酸盐玻璃的最大声子能量,并通过德拜模型说明它具有更低的声子密度。通过不同激发光获得了荧光光谱和能级寿命并详细的讨论了能量转移过程。氟氯锆酸盐玻璃中,Yb~(3+)含量的增加不仅会增加~4I_(11/2)能级的电子布居,还会影响激发态吸收导致~4I_(13/2)电子布居的相对减少,使中红外发光的增强。同时,~4I_(11/2)寿命在反向的能量传递过程中的减少,可以推断正向传递过程中寿命的增加。这有利于降低泵浦阈值并且提高激光发射功率。阴离子取代和敏化剂共掺两种方法的共同作用会提高中红外发光强度。制备了透明的Ho~(3+)/Yb~(3+)共掺氟锆酸盐玻璃(Zr-Ba-La-Al-Y-F_x,简称ZBLAY)。通过调制Ho~(3+)、Yb~(3+)、BaCl_2的浓度研究中红外发光性能。拉曼光谱显示ZBLAY玻璃的声子能量为588 cm~(-1),低于传统氟锆酸盐玻璃的600 cm~(-1),一定程度上降低了非辐射跃迁几率。J-O理论计算结果表明,Yb~(3+)会增加晶体场的不对称性,增大辐射跃迁几率。红外荧光光谱显示Yb~(3+)能有效吸收能量转移给Ho~(3+),因此提高Ho~(3+)的红外发光、改善Ho~(3+)吸收效率低的问题。Yb~(3+)-Ho~(3+)的能量传递效率为72.6%。讨论了ZBLAY玻璃中Yb~(3+)到Ho~(3+)的能量传递机制:声子辅助的能量传递和交叉驰豫。使用熔融淬火法制备了Bi~(3+)/Ho~(3+)共掺ZBLAY玻璃,探究了Bi~(3+)对Ho~(3+)的敏化作用。吸收光谱表明1200 nm附近Ho~(3+)的吸收峰被Bi~(3+)增强。J-O理论显示,Bi~(3+)可以改变玻璃的共价性和不对称性,提高Ho~(3+)的跃迁几率。荧光光谱表明Bi~(3+)能提高Ho~(3+)的红外发光。使用XRD表征Er~(3+)/Pr~(3+)共掺的ZBLAY玻璃,Pr~(3+)共掺不会导致样品析晶且样品仍具有良好的可见光透过性。比较了所有样品的荧光寿命和荧光强度,最佳Er~(3+)/Pr~(3+)共掺浓度比为4:0.5。结合光谱和寿命讨论了能量转移过程,结果表明Pr~(3+)会造成~4I_(13/2)能级退激发,减少~4I_(13/2)能级的寿命,因此增强2.7μm发光强度。
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中红外

第一章绪论选题背景.1 引言激光由于其高能量、高亮度、单色性和相干性而广泛被应用在通信[1]、医学[2]、探]遥感领域。2-3 μm 中红外光由于人眼安全[4]且处在大气窗口[5]等特点，，展现出巨大用前景，包括生物成像、污染物检测、空间通信和激光手术[6]等方面。自 1960 年红激光发明以来，科学家已经制造了数百种掺有稀土离子的晶体和玻璃[7]，并在固态器中用于产生不同波长的相干光。光纤激光器具有体积小、功率高、光束质量好等，是未来固体激光器的发展方向[8]。用玻璃制备的单模光纤作为最灵活和最紧凑的介质，可实现高效率激光和出色的光束质量。光纤激光器为中红外激光器的小型化了新的选择。

能量图,电子组态,能量,稀土离子

图 1-2.电子组态与能量Fig.1-2.Pauling energy diagram了稀土离子中的跃迁种类主要是4nf 组态内跃迁。4 f价稀土离子中，或者三价离子的紫外区。比如 Eu2+的场影响，在铝酸盐基质中呈蓝色发光，在硫化锌中发绿的稀土离子能级结构
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O482.31;TQ171.7

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