红色荧光发射型可光纤化稀土掺杂锗碲酸盐光学玻璃
稀土离子掺杂的玻璃作为一种非常重要的光学材料,可以广泛用于制备光纤、波导光电子器件,在光通信、激光器、三维显示和医用光源领域存在广泛的应用前景.其中,用于光动力学疗法的光纤光源因具备传统医用激光光源和LED光源不具备的优势,有望为制造下一代光动力学医用辐射光源开辟新的途径.本课题制备了铕离子和钐离子单掺的锗碲酸盐玻璃(NZPGT),并通过差热分析、拉曼光谱、吸收光谱、激发光谱、发射光谱和光纤光谱仪-积分球测试系统对其热性质、声子能量、Judd-Ofelt(J-O)强度参数、荧光发射性质和荧光外部量子产率进行了分析.本课题取得的成果有:1.采用高温熔融淬火法分别制备了按摩尔百分比为14Na2O?10Zn O?7PbO?19GeO2?50TeO2(纤芯玻璃组分)并分别单掺占玻璃基质重量0.2wt%,0.4wt%Sm2O3和0.2wt%,1.2wt%Eu2O3的玻璃样品.该锗碲酸盐玻璃的析晶温度与转变温度之间的差值为101°C.这表明该玻璃基质具有良好的热稳定性和抗析晶能力,有望拉制出高质量的光纤.2.根据Judd-Ofelt理论,分别由钐离子掺杂锗碲酸盐玻璃的吸收光谱和铕离子掺杂锗碲酸盐玻璃的发射光谱,推算出钐离子在该锗碲酸盐玻璃基质中的J-O强度参数?t(t=2,4,6)分别为3.52?10?20 cm2,4.70?10?20 cm2和1.90?10?20 cm2;铕离子在该锗碲酸盐玻璃基质中的J-O强度参数?t(t=2,4)分别为6.25?10?20 cm2和1.77?10?20 cm2.较大的?2强度参数表明钐离子和铕离子在该锗碲酸盐玻璃基质中处于较强的共价键和反演非对称性环境.依据J-O强度参数,计算了钐离子和铕离子跃迁振子强度,辐射跃迁寿命和荧光分支比等光谱参数.由发射光谱,根据Füchtbauer-Ladenburg公式计算出钐离子在645.0 nm(4G5/2?6H9/2)处的最大受激发射截面为10.00?10?22 cm2;铕离子在612.5 nm(5D0?7F2)处的最大受激发射截面为2.05?10?21 cm2.3.通过光纤光谱仪-积分球测试系统,对其荧光外部量子产率进行了表征;研究发现,在456 nm LED泵浦光源激发下,钐离子掺杂锗碲酸盐玻璃的外部量子产率为6.0%;在391 nm LED和456 nm LED泵浦光源激发下,铕离子掺杂锗碲酸盐玻璃的荧光外部量子产率分别为12%和4.0%.本课题研究表明钐离子和铕离子单掺的锗碲酸盐玻璃具有良好的热稳定性、较大的受激发射截面和高的荧光外部量子产率,为研制出红色荧光发射型可应用于光动力学疗法的光纤光源奠定了理论和实验基础,有望进一步推动稀土离子掺杂的光电子材料应用于制造医疗器械的发展.
- 作者：
- 王飞
- 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：
- 林海
- 中图分类号：
- TQ171.734
- 关键词：
- 钐离子；铕离子；锗碲酸盐玻璃；光纤光源；光动力学疗法
- Sm3+； Eu3+； Germanotellurite glasses； Fiber sources； Photodynamic therapy