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Er3+/Ce3+共掺碲铋酸盐玻璃的制备及光谱特性提高研究

王森 周亚训 戴世勋 王训四 沈祥 陈飞飞 徐星辰

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Er3+/Ce3+共掺碲铋酸盐玻璃的制备及光谱特性提高研究

王森, 周亚训, 戴世勋, 王训四, 沈祥, 陈飞飞, 徐星辰

The fabrication of Er3+/Ce3+ co-doped tellurite- bismuth glasses and the improvement of spectroscopic properties

Wang Sen, Zhou Ya-Xun, Dai Shi-Xun, Wang Xun-Si, Shen Xiang, Chen Fei-Fei, Xu Xing-Chen
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  • 采用高温熔融退火法制备了系列 80TeO2-10Bi2O3-10TiO2-0.5Er2O3-xCe2O3 (x=0,0.25, 0.5,0.75,1.0 mol%)和(80-y) TeO2-10Bi2O3-10TiO2-yWO3-0.5Er2O3-0.75Ce2O3 (y=3,6,9,12 mol%)的碲铋酸盐玻璃.测试了玻璃样品400-1700 nm范围内的吸收光谱, 975 nm抽运下的上转换发光谱和1.53 m波段荧光谱, 以及808 nm激励下的Er3+离子荧光寿命和无掺杂玻璃样品的Raman光谱, 并结合Judd-Ofelt理论和McCumber理论计算了Er3+离子光谱参数.结果表明, 在掺Er3+碲铋酸盐玻璃中引入Ce3+离子进行Er3+/Ce3+共掺, 通过Er3+离子4I11/2能级与Ce3+离子2F5/2 能级间基于声子辅助的能量传递过程,可以有效抑制Er3+离子上转换发光并明显增强其 1.53 m波段荧光;同时,在现有Er3+/Ce3+共掺玻璃组分基础上引入WO3, 可进一步提高1.53 m波段荧光并展宽其荧光发射谱. 研究结果对于获取优异光谱特性的宽带掺Er3+光纤放大器玻璃基质具有实际意义.
    A series of 80TeO2-10Bi2O3-10TiO2-0.5Er2O3-xCe2O3 (x=0, 0.25, 0.5, 0.75, 1.0 mol%) and (80-y) TeO2-10Bi2O3-10TiO2-yWO3-0.5Er2O3-0.75Ce2O3 (y=3, 6, 9, 12 mol%) tellurite-bismuth glasses are prepared by the conventional high-temperature melting and annealing method. The absorption spectra of 400-1700 nm, upconversion spectra and 1.53 m band fluorescence spectra under the excitation of 975 nm, the 4I11/2 and 4I13/2 level fluorescence lifetimes of Er3+ under the excitation of 808 nm, and the Raman spectra of doping-free glass samples are measured. Meanwhile, the spectroscopic parameters of Er3+ are calculated and analyzed with the help of Judd-Ofelt theory and McCumber theory. The results indicate that the upconversion fluorescence can be suppressed efficiently and the 1.53 m band fluorescence can be enhanced evidently, owing to the energy transfer from Er3 +: 4I11/2Ce3+:2F5/2 levels when the Ce3+ ions are introduced into the Er3+-doped tellurite-bismuth glasses. Moreover, the 1.53 m band fluorescence intensity can be improved and the fluorescence spectral width can be broadened further when an appropriate amount of WO3 component is introduced. The above research results are of theoretical significance for obtaining the tellurite-bismuth glasses with excellent spectroscopic properties, which are used for the 1.53 m broadband Erbium-doped optical fiber amplifier.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61178063)、宁波市自然科学基金(批准号: 2010A610172)、 宁波新型光电功能材料及器件创新团队(批准号: 2009B21007)和宁波大学胡岚优秀博士基金奖励项目资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 61178063), the Natural Science Foundation of Ningbo City, China (Grant No. 2010A610172), the Project of Optical Functional Materials and Devices Innovation Team, Ningbo, China (Grant No. 2009B21007) and Hulan Excellent Doctor's Reward Foundation, Ningbo University.
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-07-06
  • 修回日期:  2012-05-28
  • 刊出日期:  2012-05-05

Er3+/Ce3+共掺碲铋酸盐玻璃的制备及光谱特性提高研究

  • 1. 宁波大学信息科学与工程学院, 宁波 315211
    基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61178063)、宁波市自然科学基金(批准号: 2010A610172)、 宁波新型光电功能材料及器件创新团队(批准号: 2009B21007)和宁波大学胡岚优秀博士基金奖励项目资助的课题.

摘要: 采用高温熔融退火法制备了系列 80TeO2-10Bi2O3-10TiO2-0.5Er2O3-xCe2O3 (x=0,0.25, 0.5,0.75,1.0 mol%)和(80-y) TeO2-10Bi2O3-10TiO2-yWO3-0.5Er2O3-0.75Ce2O3 (y=3,6,9,12 mol%)的碲铋酸盐玻璃.测试了玻璃样品400-1700 nm范围内的吸收光谱, 975 nm抽运下的上转换发光谱和1.53 m波段荧光谱, 以及808 nm激励下的Er3+离子荧光寿命和无掺杂玻璃样品的Raman光谱, 并结合Judd-Ofelt理论和McCumber理论计算了Er3+离子光谱参数.结果表明, 在掺Er3+碲铋酸盐玻璃中引入Ce3+离子进行Er3+/Ce3+共掺, 通过Er3+离子4I11/2能级与Ce3+离子2F5/2 能级间基于声子辅助的能量传递过程,可以有效抑制Er3+离子上转换发光并明显增强其 1.53 m波段荧光;同时,在现有Er3+/Ce3+共掺玻璃组分基础上引入WO3, 可进一步提高1.53 m波段荧光并展宽其荧光发射谱. 研究结果对于获取优异光谱特性的宽带掺Er3+光纤放大器玻璃基质具有实际意义.

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