混合形成体对掺铒碲酸盐玻璃的热力学稳定性和发光性能的影响

陈东丹; 张勤远; 姜中宏

doi:10.7498/aps.59.5796

摘要

研究了混合形成体效应对掺铒碲酸盐玻璃热力学稳定性、1.53 μm发光特性和上转换发光强度的影响.通过拉曼光谱测试,分析了WO3,Nb2O5,GeO2等氧化物对Er3+离子配位场结构,以及对发光谱的非均匀展宽机理的作用.结果表明,通过掺杂适当声子能量的网络形成体氧化物,不但可获得热力学稳定性较好的玻璃,还可有效降低Er3+离子4I11/2能级的寿命,在抑制Er3+离子在可见光波段的上转换发光的同时不致劣化其在1.53 μm的发光特性.本文制得的碲酸盐玻璃具有较大的受激发射截面((9.64—10.96)×10-21cm2)和荧光半高宽(FWHM)(50—67 nm),热力学稳定性良好,是一种理想的掺Er3+宽带有源光纤用基质玻璃.

关键词:

Abstract

The influence of mixed former effect on the thermal stability,1.53 μm emission and the infrared to visible upconversion emission of the Er3+-doped tellurite glasses are investigated.The inhomogeneous broadening of emission spectrum of Er3+ ion with several network formers (WO3,Nb2O5 and GeO2)is discussed by Raman spectra.The results indicate that for Er3+-doped tellurite glass,besides improving the thermal stability of glasses,introducing the network former with appropriate phonon energy is helpful for the improvement of 1.53 μm emission via decreasing the lifetime of Er3+ ∶4 I11/2 level,and lowering the upconversion luminescence in visible wavelength.The present glasses exhibit a large emission cross section ((9.64—10.96)×10-21 cm2)and broad full width at half maximum (FWHM)(50—67 nm),which make them promising host materials for broadband Er3+-doped fiber.

Keywords:

作者及机构信息

1.
华南理工大学材料学院光通信材料研究所,特种功能材料教育部重点实验室,广州 510640

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 50872036,50602017) 资助的课题.

Authors and contacts

1.
Key laboratory of specially functional materials,Ministry of Education,Institute of optical communication materials,South China University of technology,Guangzhou 510640,China

参考文献

[1]	Joshi P,Shen S,Jha A2008J.Appl.Phys.103083543-1
[2]	Cao W H,Wai P K A2003Opt.Lett. 28284
[3]	Li Y J,Liu Y H,Huang H,Guo S Y,Jiang X C,Xue F,Ji C H2008 J.Appl.Opt. 29 984
[4]	Chen S P,Liu Z J,Li Y G,Lu K C,Zhou S H2008Opt.Exp.16207
[5]	Wang J S,Vogel E M,Snitzer E1994Opt.Mater. 3 187
[6]	Simondi-Teisseire B,Viana B,Vivien D1996Opt.Mater.6 267
[7]	Miniscalco W J 1991 J.Light.Tech. 9234
[8]	Andronov A A,Grishin I A,Gurev V A,Orekhovskii V V,Savikin A P 1998 Tech.Phys.Lett.24365
[9]	Meng Z,Yoshimura T,Fukue K,Higashihata M,Nakata Y,Okada T 2000 Appl.Phys. 88 2187
[10]	Strohhfer C,Polman A 2001 Opt.Mater.17 445
[11]	Yang J H,Hu L L,Dai S X,Dai N L,Yang Z M,Jiang Z H 2003 J.Mater.Sci.Lett. 22575
[12]	Luo Y S,Zhang J H,Zhang X,Wang X J.2008 J.Appl.Phys. 103063107-1
[13]	McCumber D E 1964 Phys.Rev. 136A954
[14]	Judd B R 1962 Phys.Rev. 127 750
[15]	Ofelt G R 1962 J.Chem.Phys. 37 511
[16]	Zou X,Izumitani T 1993 J.Non-Cryst.Solids 162 68
[17]	Jiang S,Luo T,Hwang B C,Smekatala F,Seneschal K,Lucas J,Peyghambarian N 2000 J.Non-Cryst.Solids 263-264 364
[18]	Lin H,Pun E Y B,Man S Q,Liu X R 2001 J.Opt.Soc.Am. B18602
[19]	Heo J,Lam D,Sigel G H,Mendoza E A,Hensley D A 1992 J.Am.Ceram.Soc. 75 277
[20]	Himei Y,Osaka A,Nanba T,Miura Y 1994 J.Non-Cryst.Solids 177 164
[21]	Murugan G S,Ohishi Y 2004 J.Appl.Phys. 96 2437
[22]	Kneipp K,Burge H,Fasbler D,Voger W 1984 J.Non-Cryst.Solids 65 154
[23]	Kosuge T,Benino Y,Dimitrov V,Sato R,Komatsu T 1998 J.Non-Cryst.Solids 242 154
[24]	Jia X H,Lv S C,Sun J T 2008 Acta Phys.Sin. 57 5978(in Chinese) [贾相华、吕树臣、孙江亭 2008 物理学报 57 5978]
[25]	Sigaev V N,Gregora I,Pernice P,Champagnon B,Smelyanskaya E N,Aronne A,Sarkisov P D 2001 J.Non-Cryst.Solids 279 136
[26]	Soltay L G,Henderson G S 2005 Can.Mineral. 43 1643

施引文献

[1]	Joshi P,Shen S,Jha A2008J.Appl.Phys.103083543-1
[2]	Cao W H,Wai P K A2003Opt.Lett. 28284
[3]	Li Y J,Liu Y H,Huang H,Guo S Y,Jiang X C,Xue F,Ji C H2008 J.Appl.Opt. 29 984
[4]	Chen S P,Liu Z J,Li Y G,Lu K C,Zhou S H2008Opt.Exp.16207
[5]	Wang J S,Vogel E M,Snitzer E1994Opt.Mater. 3 187
[6]	Simondi-Teisseire B,Viana B,Vivien D1996Opt.Mater.6 267
[7]	Miniscalco W J 1991 J.Light.Tech. 9234
[8]	Andronov A A,Grishin I A,Gurev V A,Orekhovskii V V,Savikin A P 1998 Tech.Phys.Lett.24365
[9]	Meng Z,Yoshimura T,Fukue K,Higashihata M,Nakata Y,Okada T 2000 Appl.Phys. 88 2187
[10]	Strohhfer C,Polman A 2001 Opt.Mater.17 445
[11]	Yang J H,Hu L L,Dai S X,Dai N L,Yang Z M,Jiang Z H 2003 J.Mater.Sci.Lett. 22575
[12]	Luo Y S,Zhang J H,Zhang X,Wang X J.2008 J.Appl.Phys. 103063107-1
[13]	McCumber D E 1964 Phys.Rev. 136A954
[14]	Judd B R 1962 Phys.Rev. 127 750
[15]	Ofelt G R 1962 J.Chem.Phys. 37 511
[16]	Zou X,Izumitani T 1993 J.Non-Cryst.Solids 162 68
[17]	Jiang S,Luo T,Hwang B C,Smekatala F,Seneschal K,Lucas J,Peyghambarian N 2000 J.Non-Cryst.Solids 263-264 364
[18]	Lin H,Pun E Y B,Man S Q,Liu X R 2001 J.Opt.Soc.Am. B18602
[19]	Heo J,Lam D,Sigel G H,Mendoza E A,Hensley D A 1992 J.Am.Ceram.Soc. 75 277
[20]	Himei Y,Osaka A,Nanba T,Miura Y 1994 J.Non-Cryst.Solids 177 164
[21]	Murugan G S,Ohishi Y 2004 J.Appl.Phys. 96 2437
[22]	Kneipp K,Burge H,Fasbler D,Voger W 1984 J.Non-Cryst.Solids 65 154
[23]	Kosuge T,Benino Y,Dimitrov V,Sato R,Komatsu T 1998 J.Non-Cryst.Solids 242 154
[24]	Jia X H,Lv S C,Sun J T 2008 Acta Phys.Sin. 57 5978(in Chinese) [贾相华、吕树臣、孙江亭 2008 物理学报 57 5978]
[25]	Sigaev V N,Gregora I,Pernice P,Champagnon B,Smelyanskaya E N,Aronne A,Sarkisov P D 2001 J.Non-Cryst.Solids 279 136
[26]	Soltay L G,Henderson G S 2005 Can.Mineral. 43 1643

[1]	闻平. 玻璃形成体系中的β弛豫. 物理学报, 2017, 66(17): 176407. doi: 10.7498/aps.66.176407
[2]	王大刚, 周亚训, 王训四, 戴世勋, 沈祥, 陈飞飞, 王森. 应用于白光显示的Tm3+/Ho3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃上转换发光特性研究. 物理学报, 2010, 59(9): 6256-6260. doi: 10.7498/aps.59.6256
[3]	陈敢新, 张勤远, 赵纯, 石冬梅, 姜中宏. 掺Tm3+和Tm3+/Ho3+共掺碲钨酸盐玻璃中能量转换过程和机理. 物理学报, 2010, 59(2): 1321-1327. doi: 10.7498/aps.59.1321
[4]	周亚训, 戴世勋, 周灵, 徐铁峰, 聂秋华, 黄尚廉. 掺铒碲酸盐玻璃中的协作上转换能量转移. 物理学报, 2009, 58(2): 1261-1268. doi: 10.7498/aps.58.1261
[5]	贾相华, 吕树臣, 孙江亭, 彭鸿雁, 张梅恒. WO3对掺铒碲酸盐玻璃光谱性质的影响. 物理学报, 2008, 57(9): 5978-5982. doi: 10.7498/aps.57.5978
[6]	厉旭杰, 聂秋华, 戴世勋, 徐铁峰, 沈祥, 章向华. 低温下Er3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃的发光特性研究. 物理学报, 2008, 57(5): 3001-3005. doi: 10.7498/aps.57.3001
[7]	戴世勋, 厉旭杰, 聂秋华, 徐铁峰, 沈祥, 王训四. Yb3+敏化的Er3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃的上转换发光研究. 物理学报, 2007, 56(9): 5518-5525. doi: 10.7498/aps.56.5518
[8]	金哲, 聂秋华, 徐铁峰, 戴世勋, 沈祥, 章向华. Tm3+/Yb3+共掺碲铅锌镧玻璃的能量传递和上转换发光. 物理学报, 2007, 56(4): 2261-2267. doi: 10.7498/aps.56.2261
[9]	徐时清, 金尚忠, 赵士龙, 张丽艳, 王宝玲, 王玮, 鲍仁强, 章珏. Tm3+/Yb3+共掺氧卤碲酸盐玻璃上转换发光研究. 物理学报, 2007, 56(5): 2714-2718. doi: 10.7498/aps.56.2714
[10]	石冬梅, 张勤远, 杨钢锋, 姜中宏. Tm3+/Ho3+共掺镓铋酸盐玻璃1.47μm发光特性和能量传递的研究. 物理学报, 2007, 56(5): 2951-2957. doi: 10.7498/aps.56.2951
[11]	陈敢新, 张勤远, 杨钢锋, 杨中民, 姜中宏. Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃的2.0μm发光特性及能量传递. 物理学报, 2007, 56(7): 4200-4206. doi: 10.7498/aps.56.4200
[12]	赵纯, 张勤远, 杨中民, 姜中宏. GeO2含量对掺铒锗碲酸盐玻璃物性和光谱特性的影响. 物理学报, 2006, 55(6): 3106-3111. doi: 10.7498/aps.55.3106
[13]	温磊, 张丽艳, 杨建虎, 汪国年, 陈伟, 胡丽丽. 掺铒氟(卤)磷碲酸盐玻璃的上转换发光性能研究. 物理学报, 2006, 55(3): 1486-1490. doi: 10.7498/aps.55.1486
[14]	陈炳炎, 刘粤惠, 陈东丹, 姜中宏. 一种新型掺铒碲酸盐玻璃的光谱性质研究. 物理学报, 2005, 54(5): 2374-2378. doi: 10.7498/aps.54.2374
[15]	刘粤惠, 陈东丹, 侯志远, 陈鹤, 张勤远, 邓再德, 姜中宏. 977nm抽运下掺铒碲酸盐基氧卤玻璃的光谱特性. 物理学报, 2005, 54(1): 422-428. doi: 10.7498/aps.54.422
[16]	于春雷, 戴世勋, 周刚, 张军杰, 胡丽丽, 姜中宏. 掺铒碲酸盐玻璃中的浓度猝灭机理研究. 物理学报, 2005, 54(8): 3894-3899. doi: 10.7498/aps.54.3894
[17]	杨中民, 张勤远, 刘粤惠, 姜中宏. Yb3+/Er3+共掺锗碲酸盐玻璃上转换发光增强机理的研究. 物理学报, 2005, 54(5): 2013-2018. doi: 10.7498/aps.54.2013
[18]	徐时清, 张在宣, 方达伟, 董前民, 姜中宏. 卤化铅调整Tm3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃上转换发光研究. 物理学报, 2005, 54(8): 3694-3697. doi: 10.7498/aps.54.3694
[19]	温　磊, 杨建虎, 胡丽丽. 掺Er3+卤碲酸盐玻璃上转换能级寿命和发光性能研究. 物理学报, 2004, 53(12): 4378-4381. doi: 10.7498/aps.53.4378
[20]	戴世勋, 杨建虎, 柳祝平, 温磊, 胡丽丽, 姜中宏. 970nm抽运下Er3+/Yb3+/Tm3+共掺碲酸盐玻璃的发光特性. 物理学报, 2003, 52(3): 729-735. doi: 10.7498/aps.52.729

计量

文章访问数: 8140
PDF下载量: 703
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板