镶嵌ZnS(ZnSe): Cr2+纳米晶的硫系光纤及其中红外发光研究
结题报告
批准号:
61405080
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
杨安平
依托单位:
学科分类:
F0503.传输与交换光子器件
结题年份:
2017
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
张乐、任和、张鸣杰、郭威
国基评审专家1V1指导 中标率高出同行96.8%
结合最新热点,提供专业选题建议
深度指导申报书撰写,确保创新可行
指导项目中标800+,快速提高中标率
客服二维码
微信扫码咨询
中文摘要
2~5μm中红外固体激光在民用和军事领域具有广阔的应用前景。发展这类新型激光器的关键之一是研发在中红外波段能够实现高效发射、物化性能稳定、同时成本低廉的基体材料。本项目拟采用热分解法制备前期的ZnS(ZnSe):Cr2+纳米晶颗粒,然后采用熔融-急冷法,获得在硫系玻璃和光纤基体中镶嵌尺寸和空间分布均匀的ZnS(ZnSe):Cr2+纳米晶;采用扫描电镜,高分辨透射电镜,拉曼光谱以及荧光光谱等技术,研究复合材料中纳米晶的掺杂浓度,尺寸和分布对中红外发光特性(如发光强度、荧光寿命和量子效率等)的影响;重点研究高纯度的纳米晶和低损耗光纤的制备工艺,进而通过降低复合材料中杂质含量,优化发光性能;综合评价材料的制备技术、显微结构和发光性能的关联,为进一步研发中红外可调谐激光新材料提供实验和理论依据。
英文摘要
2-5μm solid state mid-infrared lasers have the broad application in the military and civil area. One of the keys to the development of the laser is to attain new base materials possessing the high efficiency mid-infrared emission, stability physical properties and low-cost. In this project, ZnS(ZnSe):Cr2+ nanocrystals are firstly prepared by thermal decomposition technique, then chalcogenide glass and fiber containing a uniform distribution ZnS(ZnSe):Cr2+ nanocrystals are prepared by melt-quenching technique. According to the Scanning electron micrograph (SEM), High resolution transmission electron microscopy (HRTEM), Raman spectra and luminescence spectra, we investigate the influences of the doping concentration, sizes and distribution of nanocrystals on the mid-infrared emission, such as luminous intensity, fluorescence lifetime, quantum efficiency and so on; the investigation mainly focus on the preparation technology of high purity nanocrystals and low loss fibers, reduces the impurity content of nano-composite material, and then enhances the optical property; the correlation of preparation technology, microstructure and optical performance are synthetically evaluated, and furthermore to provide an experimental and theoretical basis for the development of the tunable mid-infrared laser materials.
2~5μm中红外固体激光在民用和军事领域具有广阔的应用前景。发展这类新型激光器的关键之一是研发在中红外波段能够实现高效发射、物化性能稳定、同时成本低廉的基体材料。本项目采用激光脉冲沉积方法制备出前期所需的ZnSe: Cr2+纳米粉,并获得1.8-2.8μm的宽带中红外发光,通过玻璃组分调节,获得与ZnSe: Cr2+纳米晶折射率最接近的组分As40S57Se3,将两种原料混合采用热压法制备出镶嵌ZnSe: Cr2+纳米晶硫系玻璃。中红外光谱结果表明其能够实现宽带中红外发光。.此外,我们开展了稀土掺杂硫系玻璃和光纤在2-5μm波段中红外发光的研究,为实现中红外增益光纤提供更多的研究经验和基础。主要研究结果为:.(1)探索制备了一种新型Ga-Sb-S硫系玻璃。该玻璃在1-12 μm范围内具有好的透过率(>56%),有望成为具有竞争能力的热成像候选材料;玻璃的n2值为~12.4× 10−14 cm2/W (@ 1.55μm), 表明其在非线性光学方面具有潜在应用。稀土离子(例如Tm3+)掺杂玻璃具有强的中红外发射和高的量子效率,有望成为中红外光纤放大器和激光增益材料;.(2)制备了一系列As修饰的Ga-Sb-S玻璃,获得热稳定性最佳的玻璃组成为Ga8Sb28As4S60。制备了一系列Dy3+离子掺杂Ga8Sb28As4S60玻璃,玻璃在2.9 μm和4.4 μm具有强的荧光发射,较高的量子效率和较大的发射截面使其成为极具潜力的中红外激光增益材料。拉制了Ga8Sb28As4S60:0.05wt%Dy3+/ Ga8Sb27As5S60纤芯-包层结构光纤,光纤在2-6 μm的背景损耗< 2dB/m, 且光纤具有强的中红外发射;.(3)制备了新型Ga2S3-Sb2S3-CsI硫卤玻璃。估算了该玻璃物化性能参数为Tg of 190 oC-245oC, d of 3.78-3.97 g/cm3, λS of 586-690 nm, λL of ~13.2-14.4 μm, Hv of 125-188 kg/mm2, 和 n0 (@10 μm) of~2.01-2.58;玻璃在1-12 μm范围内具有良好的透过率(>56%),较高的三阶非线性(1.7-8.7×10-14 cm2/W @ 1550 nm), 能够溶解大量的稀土离子(>2mol%)以及掺杂稀土离子具有强的中红外发射和高的量
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1016/j.jnoncrysol.2016.08.023
发表时间:2016
期刊:Journal of Non-Crystalline Solids
影响因子:3.5
作者:Zhang Mingjie;Yang Zhiyong;Li Lei;Wang Yuwei;Qiu Jiahua;Yang Anping;Tao Haizheng;Tang Dingyuan
通讯作者:Tang Dingyuan
DOI:--
发表时间:2016
期刊:无机材料学报
影响因子:--
作者:王荣平;唐定远;陶光明;Luther-Davies Barry
通讯作者:Luther-Davies Barry
Chalcogenide glasses with embedded ZnS nanocrystals: Potential mid-infrared laser host for divalent transition metal ions
嵌入 ZnS 纳米晶体的硫系玻璃:二价过渡金属离子的潜在中红外激光宿主
DOI:10.1111/jace.15247
发表时间:2018
期刊:Journal of the American Ceramic Society
影响因子:3.9
作者:Xiaosong Lu;Yindong Zhang;Jing Ren;Elfed Lewis;Gerald Farrell;Anping Yang;Zhiyong Yang;Pengfei Wang
通讯作者:Pengfei Wang
DOI:--
发表时间:2015
期刊:中国激光
影响因子:--
作者:张鸣杰;杨安平;张斌;任和;郭威;杨艳;翟诚诚;王雨伟;杨志勇;唐定远
通讯作者:唐定远
High Brightness 2.2-12 mu m Mid-Infrared Supercontinuum Generation in a Nontoxic Chalcogenide Step-Index Fiber
无毒硫族化物阶跃折射率光纤产生高亮度 2.2-12 μm 中红外超连续谱
DOI:10.1111/jace.14391
发表时间:2016
期刊:Journal of the American Ceramic Society
影响因子:3.9
作者:Zhang Bin;Yu Yi;Zhai Chengcheng;Qi Sisheng;Wang Yuwei;Yang Anping;Gai Xin;Wang Rongping;Yang Zhiyong;Luther-Davies Barry
通讯作者:Luther-Davies Barry
国内基金
海外基金