适于器件化的镨离子掺杂铝磷酸盐光学玻璃
稀土掺杂光学玻璃在激光、通信、照明器件等方面具有广阔的应用前景.其中,镨离子的4f 2壳层电子构型相对简单,且能级丰富,在紫外、可见和红外区域均具有有效的多通道辐射跃迁,这些特性使得镨离子成为发光材料中一种极为重要的激活剂而被广泛研究.同时寻找合适的玻璃基质材料,获得高增益、宽带宽、紧凑型的光学放大器,使其工作波长向C波段以外区域扩展是非常必要的.此外,光波导器件产生的超荧光具有很强的方向性,在可见波导光源方面具有广阔的应用前景.基于这种考虑,我们设计制备了Pr3+掺杂的铝磷酸盐光学玻璃,测试解析了Pr3+在其中的光学和光谱特性.本工作取得了以下成果:1.采用高温熔融法制备了适宜拉制光纤且具有高效近红外发射的Pr3+掺杂的LCBALP光学玻璃,并对玻璃基质进行光学和和光谱测试.根据Judd-Ofelt理论计算强场参数t?(t=2,4,6)分别为9.17?10?20 cm2,16.50?10?20 cm2和2.41?10?20cm2.玻璃样品在488nm波长激发下具有?1.47?m的近红外发射,归属于1D2?1G4能级的辐射跃迁,该发射的最大发射截面为12.28?10?21 cm2,有效半宽为158 nm,辐射跃迁几率为719.4 s?1,1D2能级的量子效率值是85.4%.高效的近红外发射表明了Pr3+掺杂的LCBALP光学玻璃可实现光信号放大向E+S波段的有效拓展,揭示其具有应用于特殊波段宽带光纤放大器的潜力,为新型宽带光学放大器件的探索提供思路.2.采用离子交换技术制备了支持红外单模传输的Pr3+掺杂的NMAP-1玻璃波导,并对玻璃基质进行光学和和光谱测试.根据Judd-Ofelt理论计算强场参数t?(t=2,4,6)分别为6.38?10?20 cm2,20.30?10?20 cm2和0.40?10?20 cm2.玻璃样品可以在442nm激发下实现1462nm的近红外发射,该发射最大的受激发射截面处于1468nm波长处,值为1.14?10?20cm2,荧高半高宽为116nm,辐射跃迁几率为514.0 s?1.结果表明,其发射强度及谱带宽度均满足红外波导放大器的要求,具备制作波导器件的潜力.通过离子交换技术,获得的镨掺杂NMAP-1玻璃平面光波导可以支持可见多模和红外单模的光信号传输,其折射率的最大改变量为0.0083,可以与传统的单模光纤的折射率相匹配,能够实现与红外单模光纤的高效耦合.综上所述,Pr3+掺杂的NMAP-1玻璃在红外波导器件方面具有很大的应用潜力.3.采用离子交换技术制备了支持可见单模传输的Pr3+掺杂的NMAP-2玻璃波导,并对玻璃基质进行光学和和光谱测试.根据Judd-Ofelt理论计算强场参数t?(t=2,4,6)分别为8.04?10?20 cm2,19.85?10?20 cm2和0.54?10?20 cm2.玻璃样品在443nm激发下具有597.0nm的可见发射,归属于1D2?3H4能级的辐射跃迁,该发射的辐射跃迁几率为824.3 s?1,实验寿命为144.1?s,1D2能级的量子效率为87.7%,表明了有望实现源自1D2能级的有效发射.通过离子交换技术,获得的镨掺杂NMAP-2玻璃平面光波导可以支持可见单模光的信号传输.综上所述,Pr3+掺杂的NMAP-2玻璃在可见波导光源方面具有很好的应用潜力.本文研究表明具有良好热稳定性的铝磷酸盐玻璃是制备特殊波段宽带光纤放大器和能与可见、红外单模光纤高效匹配的波导器件的基底材料.基于Pr3+掺杂铝磷酸盐玻璃的高效近红外发射特性和支持可见、红外单模信号传输的性能,我们相信Pr3+掺杂铝磷酸盐光学玻璃将在红外信号放大和可见波导光源等功能性器件方面大有作为.
- 作者：
- 韩晓哲
- 学位授予单位：
- 大连工业大学
- 专业名称：
- 材料科学与工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2015年
- 导师姓名：
- 马铁成
- 中图分类号：
- TQ171.734
- 关键词：
- 铝磷酸盐玻璃；镨离子；光纤和波导器件；红外信号放大；可见波导光源
- Aluminum phosphate glass； Praseodymium ions； Optical fiber and waveguide device； Infrared signal amplification； Visible waveguide sources