用于宽带光放大的掺铋玻璃的制备和荧光特性

• 作 者: 孟宪赓
• 机 构: 中国科学院上海光学精密机械研究所
• 出 处: 中国科学院上海光学精密机械研究所
• 发表日期: 2005年期
• 关键词: 铋离子 硼酸盐玻璃 铝磷酸盐玻璃 硼硅酸盐玻璃 荧光特性

该文选取硼酸盐，铝磷酸盐和硼硅酸盐玻璃作为基质材料，考察掺铋离子后的红外宽带发光特性。通过优化玻璃成分，实现了超宽带，长寿命的荧光发射，荧光具有大的受激发射截面。同时还探讨了荧光产生的机制，希望通过实验工作和理论探索能够为今后该领域的研究工作提供一定的参考价值。
该文首先在引言中介绍了红外宽带发光材料研究的目的和意义，简单介绍了几种掺杂稀土离子的光纤放大器，随后介绍了几种过渡金属离子的荧光特性和局限，最后引入该文所研究的铋离子。
第二章是文献综述，简单介绍了光通讯系统的结构和特点，以及光纤放大器的结构、作用、种类和工作原理。引入目前几种常用的稀土离子掺杂的光纤放大器，指出了它们的局限。随后介绍了新型宽带光纤放大器的探索，以及几种过渡金属离子的荧光特性，引入这种最近引起人们极大关注的掺铋的发光材料，并讨论了基质材料对荧光的影响。
第三章介绍了实验过程和理论基础，实验过程包括：实验所用原料，样品制备，性能测试，实验理论基础包括：吸收截面的计算，受激发射截面的计算以及光学碱度理论。
第四章重点研究了掺铋的硼酸盐玻璃、铝磷酸盐玻璃和硼硅酸盐玻璃的研制和荧光特性。研究发现，调整掺铋硼酸盐玻璃中的氧化钡含量，吸收和荧光光谱都呈现出有规律的变化，荧光中心波长落在光通讯的第二工作窗口，荧光半峰宽高达200nm，荧光寿命长约350μs。调整氧化铋的浓度，荧光强度和荧光寿命相应变化，通过实验找出了最佳掺杂浓度。采用不同的泵浦波长激发样品可以实现中心波长不同的荧光辐射，根据能量的匹配原理，该文提出了一价铋离子发光的机理假设。对掺铋的铝磷酸盐玻璃，该文同样实现了红外的宽带发光，并且首次报道了1000nm附近的980nm激发时产生了荧光发射，这一发现为铋离子的发光机制提供了一条重要证据。采用808nm激发时产生的荧光更宽(300nm)，荧光寿命更长(500μs)，比硼酸盐玻璃的发光效果更好。计算了掺铋铝磷酸盐玻璃的受激发射截面，并和钛宝石相比较，表明这种材料有望用于光纤放大器和可调激光器领域。对掺铋的碱硼硅酸盐玻璃，调整氧化钠含量，使得荧光中心波长产生了更大范围的移动，计算了BK7玻璃的吸收截面和受激发射截面。
第五章是结论部分，概括了论文的主要研究结果。
第六章指出了实验中存在的问题和今后的研究方向。