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镍铬共掺透明微晶玻璃光学特性的研究

作　者: 罗进
导　师: 邱建荣
学　校: 浙江大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 透明微晶玻璃宽带光放大光纤放大器 glasses 离子的稀土离子掺杂 doped 光通讯能量传递性质研究无辐射跃迁泵浦光敏化离子泵浦效率能量转移光学特性泵浦源敏化发光纳米晶声子能量
分类号: TQ171.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着计算机网络和通讯技术的发展,超大容量信息传输和超快实时信息处理已经成为光纤通讯研究的两个重要内容。目前,光纤制备技术的改进已经使光纤通讯的窗口覆盖了1.2到1.7μm的近红外波段。传统的稀土离子掺杂光纤放大器由于稀土离子发光峰窄的本征特点,表现出两个突出问题是:（1）有些波段处未有合适的光纤放大器;（2）利用一根光纤一个泵浦源不能实现整个光通讯波段的光放大。如果能够设计和制备新型的红外增益材料,通过该材料制备的一根光纤就可实现多个波段甚至是整个光通讯波段的光放大,势必会给光通讯技术的发展带来很大的推动作用。最近,过渡金属Ni掺杂透明微晶玻璃受到了人们的广泛关注。这种新型Ni²⁺激活光学材料在近红外区域具有较长寿命和能够覆盖整个光通信窗口的宽带发光,是一种很有应用潜力的宽带光放大材料。但是,我们还发现,Ni²⁺离子在透明微晶玻璃中的掺杂浓度都比较低（一般0.1mol%左右）,低的掺杂浓度必然导致低的泵浦光吸收效率,这不利于其在光纤放大器和激光增益基质方面的应用。我们根据敏化发光原理,提出了在一些Ni²⁺掺杂透明微晶玻璃体系中共掺敏化离子通过能量转移来提高泵浦效率的方法,使Ni²⁺离子的宽带近红外发光性质大大提高,并研究它们之间的能量转移机制。通过活性离子之间的能量传递可以增加受体的固体激光泵浦效率。研究表明可以通过Cr³⁺的掺入来有效敏化稀土离子的发光,例如Cr³⁺的掺入使Nd³⁺离子的激发范围扩展到红绿宽光谱段,因为Cr³⁺掺杂的材料在可见光范围有强和宽的吸收,与常用高功率氙灯泵浦源的发射波长有很好的重叠。近来,微晶玻璃中,镍铬之间的能量传递使得Ni²⁺的近红外光谱性能得到很大改善。镍铬共掺的微晶玻璃在超宽带光放大和可调谐激光方面具有很好的应用前景。本论文主要制备了两个镍铬共掺体系的微晶玻璃,观察到了镍铬之间的能量传递引起的宽带近红外发光。其内容如下:1.制备了镍铬共掺的MgAl₂O₄微晶玻璃,并且测试了它的发光性能。吸收光谱表明Cr³和Ni²均进入了微晶玻璃中析出的MgAl₂O₄纳米晶并居于八面体六配位位置。在532nm的激发下,Cr³⁺的掺入使Ni²⁺离子的近红外发射有效增强.这表明Cr³⁺和Ni²⁺之间的能量传递可以提高Ni²⁺掺杂离子的微晶玻璃的发光性能。2.制备了镍铬共掺的β-Ga₂O₃微晶玻璃。通过测试468nm激发下的发射光谱,时间分辨光谱,寿命衰减曲线来表征Cr³⁺对Ni²⁺的能量传递。激发光谱表明,通过共掺Cr³⁺,Ni²⁺离子的近红外发射可以在350nm到750nm波段激发下得到。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-31
  1.1 光纤通讯发展历程  9-13
  1.2 光通讯窗口  13
  1.3 光纤放大器  13-20
    1.3.1 稀土离子掺杂光纤放大器  14-17
    1.3.2 光纤拉曼放大器  17-20
  1.4 超宽带光放大用新型发光材料  20-31
    1.4.1 新型近宽带红外Bi激活发光材料  21-23
    1.4.2 半导体量子点的红外宽带发光  23-24
    1.4.3 过渡金属离子掺杂的增益材料  24-31
      1.4.3.1 Cr~(3-)(d~3电子构型)和Cr~(4-)(d~2电子构型)发光中心  24-25
      1.4.3.2 宽带近红外Ni~(2+)激活的发光材料  25-31
第二章实验研究方法  31-34
  2.1 原料  31
  2.2 样品制备方法  31-32
  2.3 材料表征方法和设备  32-34
    2.3.1 X射线衍射  32
    2.3.2 差热分析  32
    2.3.3 吸收光谱  32
    2.3.4 荧光光谱,荧光衰减曲线和时间分辨发射光谱  32-33
    2.3.5 高分辨透射电镜  33-34
第三章、Cr~(3+)/Ni~(2+)共掺透明MgO-Al_2O_3-SiO_2体系微晶玻璃的制备及其性质研究  34-48
  3.1 引言  34-35
  3.2 实验过程  35
  3.3 实验结果与讨论  35-47
    3.3.1 玻璃的热学性质  35-36
    3.3.2 微晶相及显微结构分析  36-38
    3.2.3 光学性能分析  38-47
  3.4 本章小结  47-48
第四章、Cr~(3+)/Ni~(2+)共掺透明β-Ga_2O_3微晶玻璃的制备及其性质研究  48-60
  4.1 引言  48-49
  4.2 实验过程  49
  4.3 实验结果及讨论  49-58
  4.4 本章小结  58-60
第五章总结  60-61
参考文献  61-72
致谢  72-73
攻读硕士学位期间发表的论文  73

镍铬共掺透明微晶玻璃光学特性的研究

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