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稀土掺杂GeSe_2-Ga_2Se_3-CsI玻璃光谱性质研究

作　者: 黄健
导　师: 徐铁峰
学　校: 宁波大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 光谱性质 稀土离子(Dy3+,Er3+,Yb3+) 硫系玻璃 光纤放大器
分类号: TQ171.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


伴随着信息时代的到来,光纤通信发展迅猛,光纤放大器的研究和发展又进一步扩大了增益带宽,将光纤通信系统推向了超高速率、超大容量、超长距离方向发展。由于光纤放大器的独特性能,在DWDM传输系统、光纤CATV和光纤接入网中有着广泛的应用。传统的掺铒光纤放大器放大带宽只有35nm左右,仅仅覆盖了光纤低损耗窗口中的一小部带宽,而新一代T bit/s DWDM光网络传输系统的实现,需要,光纤放大器在12921660nm波长范围内获得300nm以上超宽带,因而寻找新型光纤放大器基质材料和掺杂方案成为研究热点。本文通过密度测试,差热分析,光谱分析等方法研究了GeSe2-Ga2Se3-CsI硫系玻璃制备及热学、光学性能,并重点对铒,镱,镝离子掺杂下的1.55μm及1.3μm荧光能做了分析。论文首先介绍了稀土发光玻璃材料的研究进展,归纳了硫系玻璃基质的种类、特点及制备工艺,详细阐述硫系玻璃基质及铒、镝离子掺杂硫系玻璃作为光纤放大器基质的研究进展,然后提出了本文的研究内容和研究思路。论文第二章主要介绍了本文会涉及到的一些理论基础,其中包括硫系玻璃的结构理论、Judd-Ofelt理论、McCumber理论以及能量传递理论。论文第三章主要介绍了硫系玻璃的实验方法,包括玻璃制备和样品光学、热学性能的测试。通过大量的实验,最终选定了GeSe2-Ga2Se3-CsI准三元系统,在其中选定了一系列组分作为稀土掺杂的基质玻璃,并对其性能进行了测试。论文第四章,制备了系列Dy3+掺杂的GeSe2-Ga2Se3-CsI玻璃,测试了其吸收光谱,并应用Judd-Ofelt理论计算了光谱强度参数。在808nm激光泵浦下测量了1.3μm荧光光谱,并分别对荧光强度随组分和Dy3+离子浓度的变化而发生的变化进行了分析研究,发现当组分为62.5GeSe2-12.5Ga2Se3-25CsI,即CsI与Ga含量相当时,出现最强的1.3μm荧光(Dy3+:6F11/2（6H9/2）→6H15/2),当Dy3+离子浓度为358 ppm时,荧光半高宽达到了99 nm,其荧光中心在1331 nm。论文第五章,制备了Er3+单掺和Er3+/Yb3+共掺的62.5GeSe2-12.5Ga2Se3-25CsI玻璃。测试了其吸收光谱,并应用Judd-Ofelt理论计算了光谱强度参数。计算得到Er3+离子在GGSEr3玻璃中的强度参数Ω2为7.11×10-20cm2,Ω4为2.33×10-20cm2,Ω6为1.09×10-20cm2,与国外其它硫系玻璃基质中掺杂铒离子报道的强度参数值相近。Yb3+在980泵浦波长附近有很宽得吸收带能对Er3+发光进行有效敏化,研究结果表明,Er3+/Yb3+共掺62.5GeSe2-12.5Ga2Se3-25CsI玻璃的最佳掺杂浓度比为1:1。由于掺杂浓度较低,该玻璃系统1.55μm处荧光仍然比较弱,更高的掺杂方案还有待探索。最后是本文的结论部分,概括总结了全文的实验研究结果,指出GeSe2-Ga2Se3-CsI是极佳的潜在光纤放大器基质材料,同时指出了存在的不足及需要补充引进之处。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-11
引言  11-12
1 绪论  12-29
  1.1 稀土发光玻璃材料研究进展  12-15
    1.1.1 激光玻璃材料  13-14
    1.1.2 光纤放大器基质玻璃材料  14-15
  1.2 硫系玻璃  15-17
    1.2.1 硫系玻璃的分类  16
    1.2.2 硫系玻璃的特点  16-17
  1.3 硫系玻璃光纤放大器材料研究进展  17-27
    1.3.1 1.55μm 光纤放大器  17-19
    1.3.2 1.3μm 光纤放大器  19-27
  1.4 本课题研究内容及研究思路  27
  1.5 研究的目的和意义  27-29
2 理论基础  29-38
  2.1 硫系玻璃的结构理论  29-30
    2.1.1 硫系玻璃的基本结构  29-30
    2.1.2 硫系玻璃的结构缺陷  30
  2.2 Judd-Ofelt 理论及光谱参数计算  30-36
  2.3 McCumber 理论和荧光半高宽  36-37
  2.4 能量传递理论  37-38
3 基础实验  38-51
  3.1 工艺流程  38
  3.2 样品的制备  38-42
    3.2.1 制备工艺[115]  38-40
    3.2.2 石英管的预处理  40
    3.2.3 试剂的称量与配料  40-41
    3.2.4 玻璃管的真空熔封  41
    3.2.5 玻璃的熔制  41-42
    3.2.6 退火  42
  3.3 性能测量  42-44
    3.3.1 密度测试  42-43
    3.3.2 差热分析(DTA)测试  43
    3.3.3 X 射线衍射测试  43
    3.3.4 紫外可见光谱测试  43
    3.3.5 红外透过光谱测试  43-44
    3.3.6 光谱性能测试  44
  3.4 GE-GA-SE-CSI 玻璃  44-51
    3.4.1 引言  44-45
    3.4.2 实验组份  45-46
    3.4.3 XRD 谱  46-47
    3.4.4 光学性能  47-49
    3.4.5 热学性能  49-51
4 Dy~(3+)掺杂 Ge-Ga-Se-CsI 玻璃发光性能的研究  51-57
  4.1 引言  51
  4.2 实验  51-52
    4.2.1 样品的制备  51
    4.2.2 性能测试  51-52
  4.3 CsI 含量对发光的影响  52-55
    4.3.1 组分选定  52
    4.3.2 吸收光谱和Judd－Ofelt 理论分析  52-54
    4.3.3 1.3μm 荧光光谱  54-55
  4.4 掺杂浓度对 1.33 μm 荧光的影响  55-56
  4.5 影响DY~(3+)发光的因素  56
  4.6 本章小结  56-57
5 Er~(3+)掺杂 Ge-Ga-Se-CsI 玻璃发光性能的研究  57-66
  5.1 引言  57-58
  5.2 实验  58
    5.2.1 样品的制备  58
    5.2.2 性能测试  58
  5.3 ER~(3+)掺杂GE-GA-SE-CSI 玻璃的光谱性质研究  58-63
    5.3.1 玻璃组分  58-59
    5.3.2 吸收光谱和受激发射截面  59-60
    5.3.3 Judd-Ofelt 理论计算光谱参数  60-62
    5.3.4 1.55μm 荧光光谱  62-63
  5.4 Yb~(3+)离子对1.55μM 荧光的敏化  63-65
  5.5 小结  65-66
6 结论  66-68
参考文献  68-77
在学研究成果  77-78
致谢  78-79

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 玻璃工业 > 基础理论
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