Tm3+掺杂锗碲酸盐玻璃的近2 μm光谱性质

高松; 王欣; 范小康; 李科峰; 廖梅松; 胡丽丽

doi:10.7498/aps.63.247801

摘要

用高温熔融法制备了Tm2O3掺杂浓度为0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.25, 1.5 mol%的40 GeO2-35TeO2-15PbO-5Al2O3-2.5CaO-2.5SrO锗碲酸盐玻璃. 热学性质测试表明该玻璃的转变温度为446 ℃, 没有析晶峰. 玻璃的最大声子能量约为750 cm-1. 利用Judd-Ofelt 理论计算了Tm3+ 的Judd-Ofelt 参数Ωt(t = 2, 4, 6)、不同浓度下Tm3+ 离子各激发态能级的自发辐射几率、荧光分支比以及辐射寿命等参数. 采用808 nm 波长抽运源测试了Tm3+ 离子的荧光光谱. 发现掺杂浓度为1 mol% 时约1.8 μm 处的荧光强度最强. 根据McCumber 理论计算了3F4 →3H6 的发射截面, 其峰值发射截面为6.5 × 10-21 cm2. 根据速率方程计算了玻璃中OH 引起的Tm3+ 的3F4 能级的无辐射弛豫速率, 随着Tm3+ 浓度增加, OH 对3F4 能级的猝灭速率增加. 这种玻璃有望研制成一种新型的约2 μm 的激光玻璃材料.

关键词:

Abstract

Tm2O3-doped 40GeO2-35TeO2-15PbO-5Al2O3-2.5CaO-2.5SrO glasses with different Tm3+ ion concentrations are fabricated by conventional melt-quenching method. From the measurements of thermal properties it follows that the glass transition temperature is 446 ℃ and crystallization peak does not exist. The maxmium phonon energy of the host is ~ 750 cm-1. The Judd-Ofelt strength parameter Ωt (t = 2, 4, 6), the radiative transition probalities, the branching ratios and the radiative lifetime are calculated according to Judd-Ofelt theory. The emission spectra of Tm3+ doped glasses with different Tm2O3 concentrations are measured under the excitation by an 808 nm diode laser. The result shows that the emission intensity at ~ 1.8 μm reaches a maximal value when the Tm2O3-doping concentration is 1 mol% and then it decreases with the further increase of Tm2O3-doping concentration. The emission cross section of 3F4 → 3H6 is calculated based on the McCumber theory. The peak emission cross-section is 6.5 × 10-21 cm2. The non-radiative transition rate of 3F4 caused by OH is calculated quantitatively by rate equation. The results indicate that the germanate-tellurite glass is a new candidate for mid-infrared laser application.

Keywords:

作者及机构信息

1.
中国科学院上海光学精密机械研究所, 高功率激光单元技术研发中心, 上海 201800;

2.
中国科学院大学, 北京 100049

基金项目: 国家自然科学基金重点项目(批准号: 61177083)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Research and Development Center of High Power Laser Components, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China;

2.
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Funds: Project supported by the Key Program of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 61177083).

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施引文献

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