1 大连工业大学 纺织与材料工程学院, 辽宁 大连116034
2 大连工业大学 信息科学与工程学院, 辽宁 大连116034
制备了适用于钾钠离子交换波导的Tm3+/Yb3+掺杂铝锗酸盐玻璃, 利用积分球配以光纤光谱仪在975 nm激光泵浦下对玻璃的上转换荧光进行测试, 解析出样品的绝对荧光特征参量。测试与计算结果显示, 在380 ℃的KNO3熔盐中, Tm3+/Yb3+掺杂的铝锗酸盐玻璃的钾钠离子交换有效扩散系数为0.070 μm2/min, 热离子交换过程易于控制。铝锗酸盐玻璃样品中, Tm3+主要发出477 nm蓝光和806 nm近红外光, 其中近红外光为支配性发射。绝对荧光参数和激发功率密度呈正相关, 当功率密度达到1 482 W/cm2时, 三光子上转换蓝光的绝对光谱功率、净发射光子数和量子产率分别为269 μW、6.46×1014/s和1.43×10-4, 双光子近红外光上转换对应的3个参量分别为4 024 μW、1.63×1016/s和3.61×10-3。基于波导适用型铝锗酸盐玻璃中Tm3+上转换荧光的绝对化表征, 为进一步研发光电子器件和激光材料提供了有益的数据参考。
波导适用型铝锗酸盐玻璃 铥离子 上转换荧光光子定量 量子产率 waveguide-adaptive aluminum germanate glasses Tm3+ ions upconversion fluorescence photon quantitative quantum yields
1 大连工业大学 纺织与材料工程学院, 辽宁 大连 116034
2 大连工业大学 信息科学与工程学院, 辽宁 大连 116034
制备了适用于钾钠离子交换波导的钬镱离子掺杂锗酸盐玻璃, 采用荧光光谱绝对测试系统在975nm激光泵浦下对玻璃的上转换发光性能进行表征, 解析出样品的绝对光谱功率分布, 并计算了光量子数分布和荧光量子产率等绝对荧光参量.测试与计算结果表明, 当Ho3+/Yb3+掺杂的锗酸盐玻璃在370℃的KNO3熔盐中热离子交换4 h时, K+-Na+离子交换有效扩散系数为0.068 μm2/min.锗酸盐玻璃样品中, Ho3+主要发出548 nm绿光和660 nm红光, 其中红色上转换荧光为支配性发射.当激光激发功率密度为1 227 W/cm2时, 660 nm红光绝对光谱功率和净发射光量子数分别为28.03 μW和9.26×1013 cps.此时, 548 nm绿光和660 nm红光发射的荧光量子产率分别为0.17×10－5和2.41×10－5, 可见区总荧光量子产率达2.61×10－5.净发射光子数与激发功率密度的双对数曲线斜率表明Ho3+/Yb3+掺杂锗酸盐玻璃的红色和绿色上转换发射均属双光子激发过程.基于波导适用型锗酸盐玻璃实施的钬离子上转换荧光发射的绝对化表征, 为稀土光电功能材料的进一步研发提供了可依赖的数据参考.
钬镱掺杂 锗酸盐玻璃 波导适用型 上转换光子定量 量子产率 Ho3+/Yb3+ doped Germanate glasses Waveguide-typed Upconversion photon quantification Quantum yield
1 上海应用技术学院, 材料科学与工程学院, 上海 201418
2 中国科学院上海光学精密机械研究所, 中科院强激光材料重点实验室, 上海 201800
高温熔融法制备了Er3+/Nd3+共掺铋锗酸盐玻璃，研究了玻璃的吸收光谱和在808 nm 抽运下的荧光光谱。研究表明：对应于2.7 μm 发光，Er3+/Nd3+共掺铋锗酸盐玻璃具有大的自发辐射几率(58.46 s-1)和受激发射截面(8.34×10-21 cm2)。通过对铒钕离子之间能量传递微观系数和效率的计算得知，钕离子不但可以增加铒离子2.7 μm 发光上能级的布局数，而且可以减小其下能级的布局数，良好的2.7 μm 发光性质表明Er3+/Nd3+共掺铋锗酸盐玻璃是一种潜在的中红外发光激活介质。
材料 玻璃 光谱性质 2.7 μm 发光 铋锗酸盐玻璃 Er3+/Nd3+共掺
1 中国科学院 上海光学精密机械研究所,中国科学院强激光材料重点实验室,上海 201800
2 中国空空导弹研究院,河南 洛阳 471003
基于摩尔组分比为x(GeO2):x(Al2O3):x(NaF):x(CaF2):x(ErF3)=54:20:6:20:2的锗酸盐玻璃,制备出了透明的氧氟微晶玻璃,并研究了Er3+的上转换以及近红外发光特性。结果表明,采用两步法热处理,微晶玻璃中析出了纳米级别的CaF2微晶,且具有较好的可见透明性;由于局域环境声子能量的降低,在980 nm激光二极管(LD)抽运下,Er3+在微晶玻璃中的可见上转换发光较玻璃中大大增强,其红色和绿色上转换发光过程是一个双光子吸收过程,蓝色发光则为三光子吸收过程,近红外发光则相比基质玻璃中有所减弱。掺铒透明氧氟锗酸盐微晶玻璃是一种综合性能优异的主动光学材料。
光学材料 微晶玻璃 发光特性 锗酸盐玻璃
宁波大学光电子功能材料重点实验室，浙江宁波 315211
用高温熔融法制备了不同Ho3+离子掺杂浓度65GeO2-12B2O-10BaO-10Na2O-3Al2O3-xHo2O3（x＝0.25,0.75，1.25mol％）锗酸盐玻璃。从吸收特性出发，应用McCumber理论计算了Ho3+离子能级5I8→5I7（～2.0μm）跃迁的吸收截面5I7→5I8的受激发射截面。根据掺杂离子的浓度以及获得的吸收截面和受激发射截面得到Ho3+离子在此玻璃中的增益截面函数，从该函数可反映出材料的粒子数反转特性。获得的基本光学参数与其它掺杂的玻璃进行了比较，其吸收截面、发射截面和增益截面的最大值具有一定的优势。认为该玻璃在～2.0μm波段的中红外激光器中将有潜在的较大应用前景。
吸收截面 发射截面 增益截面 Ho3+掺杂锗酸盐玻璃 absorption cross-section emission cross-section gain cross-section Ho3+-doped germanate glasses
1 宁波大学信息科学与工程学院,浙江 宁波 315211
2 宁波市新型功能材料及其制备科学实验室——省部共建国家重点实验室培育基地, 浙江 宁波 315211
研究了不同Er3+/Yb3+掺杂比46Bi2O3-44GeO2-10Na2O(B46G44N10)(摩尔分数)玻璃的吸收光谱、红外吸收谱和上转换光谱性质,分析了玻璃中Yb3+敏化Er3+的上转换发光机制。测试了Er3+离子在不同Yb3+浓度下玻璃中的上转换荧光强度,得到最佳的掺杂质量比Er3+∶Yb3+=1∶6。计算了在980 nm激发下Er2O3质量分数为0.5%和Yb2O3质量分数为3.0%的Er3+/Yb3+共掺B46G44N10玻璃的绿光上转换效率为2.27×10-4。比较了不同基质材料玻璃的上转换效率,结果表明B46G44N10玻璃是一种良好的上转换基质材料。
材料 发光机制 铋锗酸盐玻璃 上转换效率
1 中国科学院,上海光学精密机械研究所,上海,201800
2 中国科学院,研究生院,北京,100039
3 安彩高科有限公司,河南,安阳,455000
锗酸盐和氟铝酸盐透红外玻璃材料作为窗口或头罩材料具有广泛的应用前景.结合锗酸盐玻璃含有少量水的问题,在成分中引入氟化物,实验表明:随氟化物含量增加,玻璃中羟基含量逐渐降低.同时通过对熔制温度的调整,获得了不合羟基的红外玻璃.针对氟铝酸盐玻璃在冷却过程中易析晶的问题,在氟化物组分中加入少量重金属氧化物TeO2,得到析晶性能好的氧氟铝酸盐玻璃.同时给出了两类红外材料的一些物理、化学性质.
红外材料 锗酸盐玻璃 氟铝酸盐玻璃 氧氟化物玻璃 Infrared material Germanate glasses Fluoroaluminate glasses Oxyfluoride glasses
