超宽带荧光特性的铋离子掺杂玻璃研究进展

密集波分复用（DWDM）技术的快速发展和应用，对光纤放大器的宽带特性也提出更高的要求。最近有研究发现，铋离子在某些玻璃基质能产生发光中心波长位于1．3μm附近、荧光半高宽（FWHM）达300m左右、荧光寿命可达600μs的近红外宽带发光，使得铋离子掺杂的玻璃基质有可能成为未来全波段光纤放大器增益介质。近3年来研究者围绕着铋离子在不同玻璃基质的发光特性，以及铋离子发光机制进行了大量的研究，取得了很大的进展。本文对铋离子掺杂的玻璃发光研究进展进行了综述。     

Tm3+/Yb3+共掺杂铋锗铅玻璃的上转换发光研究

设计并制备了一种组分为45Bi2O3-35GeO2-20PbO-0.02Tm2O3-xYb2O3(x=1.0,1.2,1.4,1.6和2.0 mol%)新型Tm3 /Yb3 共掺的铋锗铅玻璃材料,测量了玻璃的吸收光谱和上转换光谱,分析了玻璃中Tm3 的上转换发光机理.应用Judd-Ofelt理论计算了铋锗铅玻璃BGP1.0中Tm3 离子的三个强度参量Ωt(t=2,4,6)、振子强度、自发跃迁辐射几率和荧光分支比等光谱参数.通过975 nm的激光二极管激发,在室温下同时观察到强烈的上转换蓝光(476 nm)和微弱的红光(653 nm),分别是由于Tm3 离子1G4→3H6和1G4 →3F4跃迁.同时研究了蓝光和红光上转换发光强度随泵浦激发功率的变化,其曲线斜率分别为2.87和2.41,表明蓝光和红光都是三光子吸收过程.研究结果显示,Tm3 /Yb3 共掺铋锗铅玻璃是一种上转换蓝光激光器的潜在基质材料.     

用Z扫描方法测试Bi2O3-B2O3-SiO2玻璃的三阶非线性光学性质

用高温熔融法制备了x Bi2O3-20B2O3-(80-x)SiO2(Bx,x=60 mol%、65 mol%、70 mol%)系列玻璃,借助钛宝石飞秒激光器采用Z扫描方法测试了样品的三阶非线性光学特性.测得样品B70在780 nm处的三阶非线性折射率n2和非线性吸收系数β分别为n2=6.017×10-12 esu和β= 0.366 cm/GW,样品为自聚焦材料.该样品的吸收相移和折射相移的比值K为0.19(K＜1),表明该样品可作为光限幅候选材料.     

Z扫描方法测量70GeS2-20Sb2S3-10CsCl玻璃三阶非线性研究

采用熔融-急冷法制备了组成为70GeS2-20Sb2S3-10CsCl(摩尔比,下同)硫卤玻璃,测试了样品从可见到中远红外的透过性能以及折射率参数,根据Z扫描测试原理用钛宝石飞秒激光器测试了样品的三阶非线性特性随波长变化的特性.结果表明非线性折射率n2和非线性吸收系数β随着波长的增加而降低,样品在850 nm处的非线性折射率n2=0.94×10-11esu,非线性吸收系数β=0.51 cm/GW.     

Ge20Sb5Se75玻璃的三阶非线性吸收系数研究

依据Z-扫描技术,测试了Ge20Sb5Se75玻璃样品在开孔条件下的透过率曲线,根据实验结果拟合了样品的三阶非线性吸收系数β,并比较了不同测试波长下硫系玻璃的β值.结果表明当激发辐射能量(h)w与接近光学能隙Eg的比值小于0.5时,β数值变化不大,当比值大于0.5时,β数值有呈e指数增加的趋势.     

Er3+/Ce3+共掺Bi2O3-B2O3-SiO2玻璃光谱性质研究

制备了玻璃组分Er3+ /Ce3+ 共掺15SiO2-(85-X)Bi2O3-XB2O3-1 wt% Er2O3-Ywt.%CeO2 (X=0, 5,10, 15,20, Y=0,2 ) 系列样品;测试了样品的物理性质和光谱性质;应用Judd-Ofelt理论和Weber理论分析了玻璃中Er3+,Ce3+离子间声子辅助能量转移(PAT)效率和及其影响因素,讨论玻璃基质中B2O3含量改变引起的声子能量变化对Er3+离子荧光发射特性的影响,同时研究Ce3+ 的掺入对Er3+ 掺杂的铋硼硅酸盐光谱性质的影响.结果表明在特定的B2O3 和合适的Ce3+掺杂浓度时,Er3+ 4I11/2→413/2 与 Ce3+ 2F5/2→2F7/2之间的声子辅助能量转移(PAT)率出现一个峰值,与玻璃基质中所测得的声子能量最佳值相匹配,验证声子辅助下的Er3+/Ce3+间能量转移的有效性.提高Er3+离子Er3+ 4I11/2→413/2能级跃迁中的驰豫率,进而提高Er3+在1.5 μm波段的荧光发射特性.     

Bi_2O_3对Tm~(3+)/Ho~(3+)/Yb~(3+)共掺碲酸盐玻璃三基色上转换发光的影响

用高温熔融法制备了Tm3+/Ho3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃样品,在TeO2-ZnO-La2O3玻璃组分的基础上,引入声子能量较低的重金属氧化物Bi2O3,研究了Bi2O3组分对基质样品拉曼光谱和Tm3+/Ho3+/Yb3+共掺样品上转换发光光谱的影响。结果发现,在975 nm波长激光二极管(LD)激励下,制备的碲酸盐玻璃样品中可以观察到强烈的红光(662 nm)、绿光(546 nm)和蓝光(480 nm)三基色上转换发光。随着重金属氧化物Bi2O3组分含量的增加,玻璃基质的最大声子能量降低,Tm3+/Ho3+/Yb3+共掺样品的三基色上转换发光强度均有所提高,且Bi2O3组分的引入对上转换蓝光发光强度的影响要大于其对绿光和红光的影响。     

Tm3+掺杂GeGaSe和GeGaS玻璃的光谱特性和光谱参数计算

用熔融急冷法制备了Tm3+(1.0wt%)离子掺杂Ge30Ga5Se65和Ge30Ga5S65(mol%)玻璃,测试和分析了玻璃的吸收光谱和荧光光谱特性。根据吸收光谱,应用Judd-Ofelt理论计算分析了Tm3+在上述玻璃样品中的强度参数Ωt(t=2,4,6)以及Tm3+各能级的自发跃迁几率、荧光分支比和辐射寿命等光谱参数。     

Er3+/Ce3+共掺铋锗酸盐玻璃及其光纤的制备和光谱性质

用高温熔融法制备了Er3+/Ce3+共掺铋锗酸盐(Bi2O3-GeO2-Ga2O3-Na2O)玻璃,研究分析了该玻璃中Er3+离子1.5μm波段荧光和上转换发光,Ce3+离子共掺引入的Er3+:4I11/2→Ce3+:2F5/2间能量传递能有效地抑制上转换发光并增强1.5μm波段荧光发射.同时,利用该组分玻璃拉制了包层直径为125 μm的铋锗酸盐玻璃掺Er3+光纤,1310 nm波长处光纤传输损耗为3.4 dB/m.通过对975 nm波长激励下光纤的放大自发辐射(ASE)测试表明,铋锗酸盐玻璃掺Er3+光纤可在1450～1650 nm波长范围获得宽带ASE光谱,因此是一种适用于宽带光纤放大器的增益介质.     

CsCl对GeS_2-Sb_2S_3硫系玻璃光学及析晶特性的影响

通过熔融-淬冷法制备了(100-x)(0.9GeS2-0.1Sb2S3.)-xCsCl(x=5,10,15,20,以摩尔计)系列硫卤玻璃.测试了样品的折射率和吸收光谱.根据Tauc方程计算了间接允许光学带隙和直接允许光学带隙.通过差热分析对微晶玻璃析晶动力学进行了研究.利用析晶活化能(E)和频率因子(v),并结合动力学因素和热力学因素分析了玻璃的稳定性.结果表明:随着CsCl含鼍的增加,样品的线性折射率变小,短波截止波长蓝移,光学带隙逐渐增大,玻璃稳定性变差:85(0.9GeS2-0.1Sb2S3)15CsCl玻璃样品较适合制备透明的微晶玻璃,可用于研究硫系基质玻璃与微晶玻璃之间的三阶非线性效应.