PbSe敏化铒铥共掺铋硅玻璃光纤的化学共沉淀法制备及其复合发光的辐射机制研究

批准号:
61605115
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
21.0 万元
负责人:
赵国营
依托单位:
学科分类:
F0509.光学和光电子材料
结题年份:
2019
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
张娜、姚永新、张文龙
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中文摘要
放大光纤可用于构建激光器、放大器、宽带光源等系统,在国民生产、军事国防、光纤通信等领域发挥着重要的作用。铋酸盐玻璃具有声子能量低和发射截面大等优势,是热门的光纤基质材料。但是较差的光学均匀性和较高的本征损耗是制约其应用的重要因素。与高温熔融法不同,本项目拟采用化学共沉淀法制备铒铥共掺铋硅玻璃与光纤,它能有效解决原料化合物中原子量不同而导致的扩散速度不一致问题,实现化合物原子尺度的复合。这有利于提高玻璃的均匀性与纯度,降低Bi元素的挥发与变价,降低玻璃的本征损耗。同时,引入近红外发光较强的PbSe量子点和Er、Tm构成宽带复合发光中心,通过改变量子点尺寸实现对宽带发光位置、强度、带宽的调控,打破稀土离子固有窄带能级的束缚,制备出具有不同放大特性的铋硅玻璃光纤。本课题将着重探讨复合发光中心内两种不同类型的发光离子的辐射行为和相互作用机制等科学问题,为重金属放大玻璃光纤的研制提供理论和实践支持。
英文摘要
Optical amplifier fiber can be used to assemble the lasers, optical amplifiers and broadband light sources, which play an important role in national production, military defense, fiber optic communications etc. Bismuth glass with the low phonon energy and high emission cross section is the hot fiber matrix. But the poor optical homogeneity and higher intrinsic loss prevent the application spread of this glass system. Different from the conventional melt quenching method, this item employs the chemical coprecipitation synthesis method to prepare the Er3+/Tm3+ co-doped bismuth silicate glass and fiber. This method will effectively resolve the inconsistence of diffusion speed of the starting compounds, making true the high optical homogeneity at atomic scale. Moreover, it will help improve the uniformity and purity of the prepared glass, reduce the volatilization of bismuth element and variable chemical valence of bismuth ions, increase the solubility of rare earth ions in glass, and reduce intrinsic loss of the sample. Meanwhile, the introduction of PbSe QD into the bismuth glass will enhance emission of Er、Tm ions. The emission spectral position, intensity and bandwidth will change with the modification of particle size of QD. Therefore, the optical fibers characterized by the different amplification properties are ultimately achieved. This item will focus on the amplification mechanism of the PbSe-Er/Tm Recombination broadband emission center in bismuth glass, providing the theoretical and practical support for the development of heavy metal oxide glass amplifier fiber.
本项目以探索新型光放大材料为目标,开展了量子点敏化增强掺稀土铋硅酸盐玻璃及光纤的研制工作。采用化学共沉淀法对前驱体粉体进行提纯掺杂,有效提高了原材料的纯度和掺杂均匀度,降低了熔制温度和铋元素的挥发量,并使用熔融冷却法制备了稀土离子单掺、共掺、PbSe量子点组合掺杂铋硅酸盐玻璃体系。以不同的量子点、稀土离子敏化组合提高Er3+、Tm3+近红外宽带发光强度和有效带宽,运用Judd-Ofelt 理论、McCumber 理论、Füchtbauer-Ladenburg 公式、Förster-Dexter 理论等研究了不同粒子之间的发光特性(吸收系数、辐射跃迁几率、荧光分支比、吸收和发射截面)和能量传递机制(能量转移微观系数、能量传递效率)。制备了Dy3+/Tm3+共掺铋硅酸盐玻璃,其1.47μm发光放大品质系数FOM为53110-28cm3,高于文献报道的其他掺杂玻璃体系。制备了Ag/Tm3+共掺铋硅酸盐玻璃,其在1.47μm附近的半高宽为128nm,覆盖了光纤传输的S波段。通过引入不同的制备气体揭示了Ce离子不同价态对Er3+近红外发光的影响。通过创新量子点的引入方法,利用纳米晶的表面等离子基元共振实现了PbSe对Er3+近红外发光的增强。PbSe引入后荧光半高宽增至237nm,PbSe纳米晶的粒径在7.5nm左右,共振吸收峰在1540nm处。在以上玻璃体系的基础上,选取热力学稳定的玻璃组份,改进拉丝工艺利用棒管法制备了掺稀土铋硅酸盐玻璃光纤,并进行了宽带放大自发辐射测试,带宽覆盖C+L波段。完成人在项目资助下发表相关SCI论文12篇,Ei论文1篇,申请国家发明专利3项,参加国际会议2次,培养研究生2名,本项目为大容量宽带放大玻璃光纤的研制奠定了理论和实践基础。
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
High quantum yield red-emission phosphor Li2Ge4O9:Mn4þ for WLEDs application
用于 WLED 应用的高量子产率红光荧光粉 Li2Ge4O9:Mn4ü
DOI:--
发表时间:2019
期刊:Optical Materials
影响因子:3.9
作者:Yanrong Cao;Yongzheng Fang;Ganghua Zhang;Guoying Zhao;Yufeng Liu;Jun Zou;Nikolaos Vainos;Jingshan Hou
通讯作者:Jingshan Hou
Investigation on local structure surrounding erbium cations in fluoride glasses with TeO2 introduction for 2.7 μm emission
引入 TeO2 进行 2.7μm 发射研究氟化物玻璃中铒阳离子周围的局域结构
DOI:10.1016/j.jallcom.2018.04.015
发表时间:2018-07
期刊:Journal of Alloys and Compounds
影响因子:6.2
作者:Yanyan Guo;Xiuling Liu;Huisheng Duan;Gongzheng Yan;Kexin Zhang;Kunpeng Wang;Yunshi Wang;Guoying Zhao;Xinyan Zhang;Feifei Huang;Junjie Zhang
通讯作者:Junjie Zhang
DOI:10.1364/ome.7.001147
发表时间:2017-04
期刊:Optical Materials Express
影响因子:2.8
作者:Zhao Guoying;Jin Wentian;Yong-Zheng Fang;Yubiao He;Yingjie Li;Yufeng Liu;M. Liao;Jun Zou
通讯作者:Zhao Guoying;Jin Wentian;Yong-Zheng Fang;Yubiao He;Yingjie Li;Yufeng Liu;M. Liao;Jun Zou
Fabrication of Cu2ZnSn(S,Se)4 thin film solar cell devices based on printable nano-ink
基于可印刷纳米墨水的Cu2ZnSn(S,Se)4薄膜太阳能电池器件的制备
DOI:10.1007/s12034-019-1780-x
发表时间:2019
期刊:Bulletin of Materials Science
影响因子:1.8
作者:Zheng Xinfeng;Liu Yufeng;Zhang Na;Hou Jingshan;Zhao Guoying;Fang Yongzheng
通讯作者:Fang Yongzheng
Broadband mid-infrared emission around 2.9 mm in Dy3+ doped bismuth germanate glass
Dy3 掺杂锗酸铋玻璃中约 2.9 mm 的宽带中红外发射
DOI:--
发表时间:2016
期刊:Materials Research Bulletin
影响因子:5.4
作者:Guoying Zhao;Wentian Jin;Yongzheng Fang;Ting Gong;Jinling Guo;Saya Dawai;Meisong Liao;Lili Hu
通讯作者:Lili Hu
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