铒镱共掺磷酸盐发光玻璃的制备及性能研究
掺Er玻璃是目前激光材料领域中的研究热点之一，其在1.53μm处的发光对光纤通信领域内的光放大应用具有重要意义。目前，随着器件小型化的发展趋势，一方面，对玻璃中的掺Er浓度提出了更高的要求：另一方面，由于Yb3+离子卓越的敏化性能，对Er/Yb共掺玻璃的研究也越来越深入。由于磷酸盐具有对稀土离子高的溶解度，因此，研究磷酸盐体系玻璃中Er单掺、E/rYb共掺系统的物理特性和光学特性对推动Er掺杂激光器、放大器材料的发展具有非常重要的应用价值。
本文采用两步熔融法制备了相同基质，Er3+离子浓度固定0.5mol％不变Yb3+离子浓度由0mol％依次增加1.5mol％变化到7.5mol％的系列磷酸盐玻璃，并对各Yb3+离子掺杂浓度下的玻璃试样进行了密度、厚度、折射率、热稳定性等物理性能的测试；根据各样品的吸收光谱，利用J-O理论计算得到此玻璃体系的系列光谱参数，并对其荧光光谱进行了测试分析。另外，在前面分析得到的最佳配比方案的基础上，采用添加重金属氧化物Bi2O3对其进行改性，并对各项性能进行测试比较。最后通过分析制备工艺条件的影响因素，进一步确定最佳的制备方案。
制备得到的玻璃样品密度在1.4470～1.5382g/cm3之间，当掺杂的Yb2O3为6.0m01％(E5样品)时，玻璃的密度达到最大为1.5382g/cm3；得到的玻璃样品折射率在1.54左右。通过DTA测试，得到玻璃样品的开始析晶温度和玻璃转变温度差值ΔT，在E5样品达到最大值为154℃，具有良好的热稳定性。对系列玻璃进行耐水性能测试，发现前2个小时腐蚀程度大后面基本呈线性增加。
本实验对发光玻璃吸收光谱的测试，吸收光谱主要有7个吸收峰，中心位置波长分别为：488，520，544，651，798，978，1534nm，吸收峰分别对应于Er3+离子从基态4I15/2到各个激发态4F7/2，2H11/2，4S3/2，4F9/2，4I9/2，4I11/2，4I13/2以及Yb3+离子从基态2F7/2到2F5/2的吸收跃迁。利用J-O理论计算得到唯象强度参数Ωt，Ω2在7.04～7.52之间，Ω4在1.67～1.96之间，Ω6在1.05～1.24之间；计算出Er3+离子在本实验样品中的自发辐射跃迁几率Aed、Amd，荧光强度分支比β和辐射寿命τrad，利用McCumber理论计算得到的发射截面达到0.84pm2。
测试样品在1.5μm处的荧光光谱，各样品的荧光峰值波长并没有发生变化，均为1534nm；荧光强度随着Yb3+离子浓度的增加先变大后降低，在E5样品中达到最大值，荧光半高宽可达到38nm；本实验制备的PBAZN系列磷酸盐玻璃的Yb3+：Er3+最佳比为12：1。得到的上转换发射光谱有三个，可见峰位于522，545，651nm，在E5样品中绿光强度是单掺铒的5倍左右，红光强度为3倍左右。
通过对E5样品配方添加10mol％的Bi2O3进行改性实验，玻璃的密度、折射率、热稳定性都得到一定提高，通过荧光光谱测试发现掺杂氧化铋后的铋磷酸盐玻璃的峰值在1544nm，向长波方向移动了；荧光半高宽为48nm。
实验发现提高玻璃的熔炼温度对去除OH-有一定的作用，制得样品的荧光寿命还是比较理想的。
铒镱共掺磷酸盐;发光玻璃;光谱分析;两步熔融法;制备工艺
中国海洋大学
硕士
材料物理与化学
刘英才
2009
中文
TQ171.717
78
2009-10-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）