稀土掺杂Ga-Sb-S玻璃的中红外发光研究
毕业论文关键词：中红外发光 稀土离子 硫系玻璃 掺杂浓度
Research of Mid-infrared Luminescence of RareEarth Ions Doped Ga-Sb-S Chalcogenide Glasses
Abstract Mid-infrared (MIR) luminescent materials have been developed to be applied tomany important fields such as laser devices, communications, remote sensing andhave become one of the hot research topics in the world. Chalcogenide glasses dopedwith rare earth ions have high MIR emission efficiency, good chemical stability andrelatively low cost, and are therefore considered to be promising MIR luminescentmaterials. Under the background of existing researches, in this paper, Ga-Sb-Schalcogenide glasses doped with different concentrations of rare earth ions (e.g.doped with Er3+, Tm3+ or co-doped with Dy3+ and Tm3+) are prepared, their MIRluminescence are investigated, and the luminescent mechanisms are studied.The experimental results are as follows: (1) the research on 2.7 μm luminescenceof Er3+-doped Ga-Sb-S chalcogenide glasses indicates that the sample containing0.5% weight of Er3+ ions shows the strongest MIR emission; (2) the research on 3.8μm luminescence of Tm3+- doped Ga-Sb-S chalcogenide glasses indicates that thesample with 0.2% molar of Tm3+ions has the strongest MIR emission; (3) the researchon the 2.9 μm luminescence of Dy3+ and Tm3+ co-doped Ga-Sb-S chalcogenideglasses indicates that Tm3+ can enhance the emission by energy transfer from Tm3+ toDy3+.
Key Words: mid-infrared luminescence rare earth ions chalcogenide glassesdoping concentrations
目录
摘要..I
Abstract..II
目录...III
图清单...IV
表清单...IV
1绪论..1
1.1引言..1
1.2稀土掺杂硫系玻璃研究现状1
1.3稀土离子的发光..3
1.4本课题的提出及研究内容..5
2实验与测试.6
2.1样品制备6
2.2样品的测试和分析...7
3稀土离子掺杂Ga-Sb-S体系硫系玻璃10
3.1Er
3+掺杂Ga-Sb-S体系硫系玻璃..10
3.2Tm3+掺杂Ga-Sb-S体系硫系玻璃13
3.3Dy3+和Tm3+共掺Ga-Sb-S体系硫系玻璃.16
4总结与展望20
4.1总结.20
4.2展望.20
参考文献21
致谢23
1 绪论1.1 引言中红外发光材料在各行各业都占有极其重要的地位。目前，晶体和玻璃是比较常用的两种增益介质， 通过在这两种增益介质中掺杂稀土离子和过渡金属元素的途径，研究人员已经成功获得了中红外(3~5 μm)激光输出[1-2]。晶体的制备工艺复杂，成本高等特点限制了其广泛应用，而玻璃因具有易制备，易成形和成本低等特点，所以研究人员更愿意选择其作为增益介质。红外玻璃主要可以分为重金属氧化物玻璃、氟化物玻璃、卤化物玻璃和硫系玻璃，重金属氧化物玻璃的红外透过范围宽，多声子吸收较小，化学稳定性和力学性质都较好，是作为红外发光的重要材料，但在中红外透过方面就远不如其它红外玻璃（例如氟化物玻璃可达7μm，卤化物玻璃和硫系玻璃可达 10μm 以上） 。氟化物玻璃和卤化物玻璃极易潮解，而且有些化合物有剧毒，所以它们很难获得实际应用，因此，硫系玻璃和光纤是最适合做为中红外发光增益介质[3]。硫系玻璃是以硫族元素硫（S） 、硒（Se） 、锑（Te）为主引入其它金属或非金属元素形成的非晶态材料[4]。硫系玻璃主要具备以下特点：声子能量低、光学响应时间短、红外透过范围宽、红外透过率高、光学损耗低、线性和非线性折射率高、源`自,吹冰.文;论"文'网[www.chuibin.com化学稳定性好、独特的光敏特性，因而硫系玻璃作为一类红外传输材料被广泛研究，如热成像设备中的红外镜片。此外，硫系玻璃掺入稀土激活中心后，是一种理想的中红外发光材料。中红外光学材料在军事和民用等领域有极其广泛的应用， 所以研究性能优异的中红外光学材料意义重大。1.2 稀土掺杂硫系玻璃研究现状自从 Frerics 于 1953 年首次提出硫系玻璃具有可以作为透红外光学材料的潜在应用，两年后Capany 和 Simms 报道了砷硫系玻璃，并且用 As2S3玻璃拉制出了具有传输图像功能的传像光纤[5]。到了 20世纪 80年代初期，人们开始对硫系玻璃进行广泛研究，从而开辟了硫系玻璃作为透红外光纤材料的新纪元[6]。从那以后，陆陆续续有 As-S、Ge-As-Se、As-Se-Te以及各种硫卤玻璃等体系相继被报道可作为光纤材料。在 Er3+掺杂 As2S3 玻璃的中红外发光被报道之后，研究人员围绕着不同稀土离子掺杂硫系玻璃和光纤进行了大量研究， 企图通过研究它们的中红外发光性能，找到合适的激光增益介质。最近，Ga-Sb-S 系统被报道有稳定的玻璃形成区，并且较之As-基和 Ge-基硫化物玻璃，其声子能量明显降低。1.2.1 As-S 基硫系玻璃As-S 玻璃具有极好的玻璃形成能力和热稳定性，是最早被研究的用于稀土掺杂的硫系玻璃基体之一。在近红外区域，这种玻璃的透光性非常好，所以在泵浦光和发射光处各种吸收、散射等造成的损耗较小。此外，As-S 玻璃的折射率较高（约为2.47-2.37） ，能够获得较大受激发射截面。日本光电实验室[7]在对 As-S 玻璃作为