掺铒型磷酸盐玻璃激光材料

Yb~(3 )离子论文：Yb(3+)掺杂硅酸盐激光玻璃的制备及其特性分析【中文摘要】近年来随着固体激光器的迅速发展,对激光材料的研究已得到了广泛的重视。

掺Yb~(3+)激光玻璃因其优异的热力学、光学性能,并具有高浓度掺杂等优点,被视为高能量、高功率激光器应用的重要材料。

本文采用非CVD高温熔融工艺制备了Yb~(3+)掺杂硅酸盐激光玻璃。

并通过测试玻璃物理特性以及对吸收光谱和荧光光谱等光谱特性的深入分析,研究了其作为激光材料所呈现的激光特性,并从理论上计算了Yb~(3+)的吸收截面面积、受激发射截面面积及其荧光寿命等特征参数。

实验的综合测试表明,所制备的玻璃材料能够满足激光玻璃的使用要求。

论文的主要内容安排如下:首先,介绍了稀土掺杂光纤激光器的研究进展以及激光玻璃的基本要求与应用。

并详细论述了Yb~(3+)离子掺杂激光玻璃的基础理论。

其次,详细阐述了掺Yb~(3+)激光玻璃基质材料的设计,包括对玻璃体系的选择、玻璃组分所起的作用以及对激光玻璃的配方设计要求。

通过高温熔融工艺制备出了激光玻璃样品。

并对不同的熔制工艺作了比较分析。

最后,对所制备激光玻璃样品的物理特性以及光谱特性作了测试分析。

并结合稀土离子光谱理论以及激光参数计算方法,得到了样品的吸收截面σ_(abs)、受激...【英文摘要】In recent years, along with the development of solid-state laser,people are paying high attention to theresearch of laser material. Because of the excellent thermodynamic and optical properties and advantage of high doping concentration, Yb~(3+)-doped laser glass is regard as the important material applied in high energy and high power laser application. In this paper, The Yb~(3+)-doped silicate glass is prepared by using no-CVD high temperature melting process. Through testing the physical properties of g...【关键词】Yb(3 )离子激光玻璃吸收截面受激发射截面光谱性能【英文关键词】Yb(3 ) ions Laser glass Absorption cross section Emission cross section Spectral characteristic 【索购全文】联系Q1：138113721 Q2：139938848【目录】Yb~(3+)掺杂硅酸盐激光玻璃的制备及其特性分析摘要4-5Abstract5-6第1章绪论10-18 1.1 课题研究背景10-11 1.2 激光玻璃简介11-13 1.2.1激光玻璃的基本要求11-12 1.2.2 激光玻璃的应用12-13 1.3 光纤制备及其激光器应用进展13-16 1.4掺镱激光玻璃的研究现状16-17 1.5 本文研究目的和主要内容17-18第2章 Yb~(3+)掺杂激光玻璃基础理论18-34 2.1 引言18 2.2 玻璃材料的性能介绍18-21 2.2.1 基质玻璃的基本构型18-19 2.2.2 玻璃材料的相关概念19-21 2.3 稀土元素简介21-24 2.3.1 稀土元素的基本性质21-22 2.3.2 Yb~(3+)的配位结构22 2.3.3 Yb~(3+)在硅酸盐中的能级结构22-24 2.4 稀土掺杂激光玻璃的光谱理论24-27 2.4.1 激光玻璃中的稀土离子24-26 2.4.2 玻璃基质对稀土离子的光谱影响26-27 2.5 掺Yb~(3+)激光玻璃的光谱性质27-30 2.5.1 吸收光谱27-28 2.5.2 荧光光谱和发射光谱28 2.5.3 荧光寿命τ和量子效率η28-29 2.5.4 无辐射跃迁29-30 2.5.5 Yb~(3+)离子荧光捕获效应30 2.6 光谱参数的计算30-33 2.6.1 J-O 理论30-32 2.6.2 McCumber 理论32-33 2.7 本章小结33-34第3章掺Yb~(3+)激光玻璃基质材料设计34-42 3.1 引言34 3.2 玻璃体系的选择34-36 3.3 硅酸盐激光玻璃系统中氧化物的选择36-37 3.3.1 氧化物的分类36 3.3.2 各氧化物在玻璃形成中所起的作用36-37 3.4 硅酸盐激光玻璃的配方设计37-41 3.4.1 配方设计原则37-38 3.4.2 试验原料选择38-40 3.4.3 试验样品配方40-41 3.5 本章小结41-42第4章掺Yb~(3+)激光玻璃材料的制备42-52 4.1 引言42 4.2 掺杂粉末的制备42-45 4.2.1 粉体掺杂42-43 4.2.2 溶液掺杂43 4.2.3 溶胶-凝胶法43-45 4.3 掺杂硅酸盐玻璃的熔制45-49 4.3.1 坩埚高温熔制45-47 4.3.2 拉丝塔高温熔制47-48 4.3.3 等离子体熔融48-49 4.4 性能测试49-51 4.4.1 密度测试49-50 4.4.2 厚度测试50 4.4.3 玻璃样品中Yb~(3+)浓度的计算50 4.4.4 折射率测试50 4.4.5 吸收光谱测试50-51 4.4.6 荧光光谱测试51 4.5 本章小结51-52第5章掺Yb~(3+)激光玻璃的光谱特性分析52-65 5.1 引言52 5.2 Yb~(3+)离子掺杂硅酸盐激光玻璃的光谱参数52-55 5.2.1 吸收截面和积分吸收截面计算52-53 5.2.2 受激发射截面的计算53-54 5.2.3 荧光寿命计算54-55 5.3 掺镱玻璃的激光性能参数55-56 5.4 掺镱激光玻璃制备工艺讨论56-58 5.5 掺镱激光玻璃的吸收光谱分析58-60 5.6 Yb~(3+)掺杂激光玻璃的荧光光谱分析60-63 5.7 耐激光强度的测试63 5.8 本章小结63-65结论65-66参考文献66-71攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果71-72致谢72-73作者简介73。

北京交通大学硕士学位论文高浓度掺铒光纤特性研究姓名：石丰琦申请学位级别：硕士专业：光通信与移动通信指导教师：延凤平;傅永军20080501中文摘要摘要：掺铒光纤放大器、激光器是光纤通信中极其重要的器件。

目前既能抑制铒离子浓度猝灭，又能极大提高铒离子浓度的多种元素共掺的高浓度掺铒光纤成为了研究的热点。

由于磷酸盐、碲酸盐玻璃等与目前光纤通信系统中的石英基光纤熔接困难，本论文主要对掺杂石英基光纤的性能进行了测试与分析。

主要工作成果有：１、设计了荧光寿命测试系统，分析了初始阶段的高浓度掺铒光纤的荧光寿命测试系统的弊端所在，使用修正后的高浓度掺铒光纤荧光寿命测试系统，对几种光纤荧光寿命随铒离子浓度变化进行了测试、仿真、比较、分析并得出结论：在铒离子浓度进一步提高的情况下，铋镓铒铝共掺光纤Ｈ４７７的荧光寿命比其他共掺的掺铒光纤的荧光寿命长，效果更好。

２、利用温控箱控制高浓度掺铒光纤的温度，使用修正后的高浓度掺铒光纤的荧光寿命测试系统，对同一光纤在零下２０度至Ｕ１６０度期间的荧光寿命进行了测试、仿真、分析。

但由于误差存在的原因，实验结果并不理想。

３、搭建了掺铒光纤荧光强度随温度变化的实验测试系统，利用温控箱改变掺铒光纤的温度，对同一光纤在零下３０度到１５０度期间的荧光强度进行了测试、分析并得出掺铒光纤的荧光强度比随温度变化的规律：荧光强度比随温度是单调变化，因此可以用作温度传感领域。

４、利用谱损耗分析仪，采用截断法，精确测试出各种光纤的吸收系数，由所得吸收系数并根据ＭｃＣｕｍｂｅｒ理论求出其发射系数，利用发射系数，分析不同光纤的ＦＷＨＭ（半高全宽），分析了不同的光纤基质材料对于掺铒光纤增益谱的影响。

５、成功的搭建了掺铒光纤发射系数的测试系统，利用实验测试得到铝共掺、镁共掺、铅共掺、镓共掺、锂共掺的掺铒光纤的发射系数；并利用实验测试得到的发射系数，与根据吸收系数和ＭｃＣｕｍｂｅｒ理论得到的发射系数进行比较，分析掺铒光纤的浓度猝灭程度，并进行比较分析这几种不同的光纤，得出铋镓铝共掺的高浓度掺铒光纤比其他离子共掺的高浓度掺铒光纤的猝灭程度低。

钕玻璃的用途1. 引言钕玻璃是一种被广泛应用于各个领域的材料，其独特的光学和磁学性能使其成为许多科技产品的重要组成部分。

本文将详细探讨钕玻璃在不同领域的用途。

2. 激光技术2.1 激光放大器•钕玻璃被广泛应用于激光放大器中，用于放大激光信号。

•其较宽的工作波长范围和高的能量储存密度使其成为激光器的理想放大介质。

2.2 激光器材料•钕玻璃是一种重要的激光介质，在高功率激光器中具有重要作用。

•它具有良好的波长选择性和高的光学透明度，可用于制造各种类型的激光器。

2.3 科学研究•钕玻璃在科学研究中被用于光学调Q技术，用于产生超短脉冲激光。

•这种超短脉冲激光在生物医学、材料科学等领域有广泛的应用。

3. 光学器件3.1 偏振器件•钕玻璃具有良好的偏光特性，可用于制造偏振片和偏光器件。

•这些器件在光学仪器和通信设备中起到重要的作用。

3.2 光学滤波器•钕玻璃可用于制造光学滤波器，用于选择性地吸收或透过特定波长的光。

•这些滤波器在光学测量和光通信中起到关键作用。

3.3 光学镜片•钕玻璃的高光学透明度和低散射性能使其成为制造光学镜片的理想材料。

•这些镜片在显微镜、激光器和摄像设备等领域中被广泛应用。

4. 磁学应用4.1 磁光器件•钕玻璃具有磁光效应，可以将磁场信息转化为光学信号。

•这种磁光效应可用于制造磁光器件，广泛应用于信息存储和传输领域。

4.2 磁性传感器•钕玻璃在磁性传感器中具有重要的应用，用于检测和测量磁场强度。

•这些传感器在导航、机械控制和科学研究中都有广泛的应用。

4.3 电子器件•钕玻璃在电子器件中也发挥着重要作用，如磁电传感器和电子隔离器件。

•这些器件在电力系统、通信设备和工业控制中具有重要的应用。

5. 总结钕玻璃作为一种独特的材料，具有广泛的应用前景。

本文从激光技术和光学器件、磁学应用等方面探讨了钕玻璃的用途，展示了其在不同领域的重要性。

随着科技的不断发展，相信钕玻璃的应用领域将会进一步拓展，为人类带来更多的创新和进步。

钕玻璃的用途一、前言钕玻璃是指在玻璃中掺入钕离子，形成的一种新型功能材料。

由于其独特的光学性能和广泛的应用领域，钕玻璃已经成为了当今最重要的光学材料之一。

本文将详细介绍钕玻璃的用途。

二、激光器作为激光器材料，钕玻璃具有以下优点：1. 高效：钕离子具有较高的吸收截面和较长的寿命，因此可以实现高效率的激发和放射。

2. 宽波长范围：钕离子在1.0-1.5μm波段具有较宽的吸收和发射带宽，可以实现多波长输出。

3. 稳定性好：钕离子在玻璃中具有较高的稳定性和耐久性。

基于这些优点，钕玻璃被广泛应用于各种类型的激光器中，包括固体激光器、半导体激光器、纤维激光器等。

例如，在医学、军事、通信、制造等领域，钕玻璃激光器已经成为了不可或缺的关键部件。

三、光纤放大器钕玻璃也可以被用作光纤放大器的掺杂材料。

在光纤中掺入适量的钕离子，可以实现对信号的增强和放大。

由于钕离子在1.0-1.5μm波段具有较宽的吸收和发射带宽，因此可以实现多波长增益。

此外，钕玻璃还具有较高的光学质量和稳定性，可以保证光纤放大器的性能和寿命。

四、光学调制器钕玻璃还可以被用作光学调制器的基础材料。

通过在钕玻璃中加入其他元素或化合物，可以实现对其电学、磁学等性质的调节，从而实现对光学信号的调制和控制。

五、太阳能电池最近几年，人们开始探索将钕玻璃应用于太阳能电池领域。

由于其高透过率、低吸收率和优异的稳定性等特点，钕玻璃可以作为太阳能电池的透明电极材料。

此外，钕玻璃还可以作为太阳能电池的光吸收层和电子传输层等功能材料。

六、其他应用除了上述几个领域，钕玻璃还可以应用于以下方面：1. 光学滤波器：钕玻璃具有较高的折射率和透过率，可以用作各种类型的光学滤波器。

2. 显示器：钕玻璃可以作为显示器的基础材料，实现对显示效果的优化和升级。

3. 其他领域：钕玻璃还可以应用于科学研究、生物医学、环境保护等领域中。

七、结语总之，钕玻璃是一种十分重要的新型功能材料。

由于其优异的光学性能和广泛的应用领域，它已经成为了当今最受关注和重视的光学材料之一。

光学玻璃最大声子能量的红外光谱估算于晓波;赵昕;李长敏;林海【摘要】为找到一种更迅捷的获取玻璃最大声子能量的方法,研究了玻璃基质的最大声子能量(E)与红外透过带边(R)的关系,给出了两者的经验公式.提供了利用红外透过带边估算最大声子能量的方法,并将此法应用于稀土掺杂铋酸盐玻璃,得到该玻璃的最大声子能量E=608 cm-1.数值与文献报道的参考值相符合,说明利用红外透过带边估算玻璃基质的最大声子能量是可行的.【期刊名称】《大连工业大学学报》【年(卷),期】2008(027)002【总页数】3页(P155-157)【关键词】光学玻璃;最大声子能量;红外透过带边【作者】于晓波;赵昕;李长敏;林海【作者单位】大连工业大学化工与材料学院,辽宁,大连,116034;大连工业大学信息科学与工程学院,辽宁,大连,116034;大连工业大学化工与材料学院,辽宁,大连,116034;大连工业大学化工与材料学院,辽宁,大连,116034【正文语种】中文【中图分类】TQ171.1120 引言近年来，稀土掺杂光学玻璃材料在信息显示、高密度光存储、光电子以及生物医疗诊断等技术领域展示出巨大的应用潜力，因此受到研究人员的广泛关注[1-2]。

影响稀土发光效率的一个主要因素是基质材料的声子能量，最大声子能量越小，非辐射弛豫速度就越小，发光效率也就越高。

因此，基质材料的最大声子能量是评估玻璃中稀土离子发光效率高低趋势的一个重要指标[3-4]。

声子能量是表征分子(离子)振动强烈程度的物理量。

传统的获取最大声子能量的直接方法是测其拉曼光谱。

拉曼光谱分析技术是以拉曼效应为基础建立起来的分子结构表征技术,其信号来源于分子振动(和点阵振动)与转动，从拉曼光谱中可以得到分子振动能级(点阵振动能级)与转动能级结构的知识。

因此运用拉曼光谱法分析物质结构具有表征直观的特点[5]。

但拉曼散射是一种较弱光散射现象，这使采用拉曼光谱进行分析的过程较复杂，并且激光光源也有破坏精细样品表面的可能；此外，对于稀土掺杂的情形，材料中的稀土离子发出的荧光，将严重影响测试结果。

17种稀土元素的应用领域稀土的分类1）轻稀土（又称铈组）：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆。

2）重稀土（又称钇组）：铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。

镧（La）【lán】：镧的应用超级普遍，如应用于压电材料、电热材料、热电材料、磁阻材料、发光材料（兰粉）、贮氢材料、光学玻璃、激光材料、各类合金材料等。

她也应用到制备许多有机化工产品的催化剂中，光转换农用薄膜也用到镧，在国外，科学家把镧对作物的作用赋与"超级钙"的美称。

铈（Ce）【shì】：1，铈作为玻璃添加剂，能吸收紫外线与红外线，现已被大量应用于汽车玻璃。

不仅能防紫外线，还可降低车内温度，从而节约空挪用电。

从1997年起，日本汽车玻璃全加入氧化铈，1996年用于汽车玻璃的氧化铈至少有2000吨，美国约1000多吨。

2，目前正将铈应用到汽车尾气净化催化剂中，可有效避免大量汽车废气排到空气中美国在这方面的消费量占稀土总消费量的三分之一强。

3，硫化铈能够取代铅、镉等对环境和人类有害的金属应用到颜料中，可对塑料着色，也可用于涂料、油墨和纸张等行业。

目前领先的是法国罗纳普朗克公司。

4，Ce:LiSAF激光系统是美国研制出来的固体激光器，通过监测色氨酸浓度可用于探查生物武器，还可用于医学。

铈应用领域超级普遍，几乎所有的稀土应用领域中都含有铈。

如抛光粉、储氢材料、热电材料、铈钨电极、陶瓷电容器、压电陶瓷、铈碳化硅磨料、燃料电池原料、汽油催化剂、某些永磁材料、各类合金钢及有色金属等。

镨（Pr）【pǔ】：1，镨被普遍应用于建筑陶瓷和日用陶瓷中，其与陶瓷釉混合制成色釉，也可单独作釉下颜料，制成的颜料呈淡黄色，色调纯正、淡雅。

2，用于制造永磁体。

选用廉价的镨钕金属代替纯钕金属制造永磁材料，其抗氧性能和机械性能明显提高，可加工成各类形状的磁体。

普遍应用于各类电子器件和马达上。

3，用于石油催化裂化。

以镨钕富集物的形式加入Y型沸石分子筛中制备石油裂化催化剂，可提高催化剂的活性、选择性和稳固性。