铋掺杂玻璃宽带近红外发光性能的研究

论文摘要

随着计算机和国际互联网络的发展,全球信息化进程一日千里,整个世界已经进入信息时代。计算机网络和数字通讯技术日益迅猛的发展要求,使得超大容量的信息传输和超快速的实时信息处理成为信息时代光纤通讯领域两个重要内容。目前,光纤制备技术的改进已经使光纤通讯窗口覆盖了1.2-1.7μm的近红外波段。然而由于稀土离子发光峰窄的本质特征,传统的稀土离子掺杂光纤放大器表现出两个突出问题：（1）有些波段处未有合适的光纤放大器；（2）利用一根光纤一个泵浦源还不能实现整个光通讯波段的光放大。如果用一个超宽带光纤放大器能够实现位于1.2～1.7μm波段的光信号的同时放大,这无疑将会给未来的数据传输系统带来一场新的革命。本文系统介绍了稀土离子,过渡金属离子,半导体量子点,主族元素离子掺杂材料作为近红外增益材料的研究进展,概括和评述了宽带近红外增益材料发展还面临的问题,并就其今后的发展进行了展望。在此基础上围绕新型Bi激活的近红外宽带发光材料为研究课题,通过调节玻璃组分和伽马射线诱导效应对Bi红外荧光特性的影响,加深了对Bi红外荧光机理的理解,本文的主要研究成果和结论如下：1.在铋掺杂的钠硼硅玻璃中我们发现Bi的价态对玻璃组分敏感,具体表现为来自Bi3+的420nm的发光,这个发光随玻璃中B203的增加而逐渐减小,这主要是由于玻璃中的光学碱度逐渐变小的缘故；同时我们观察到来自Bi2+位于618nm的发光,也观察到在800nm激发下样品具有发光中心在1340nm的宽带近红外发光,其发光特征呈现硼反常特性,研究发现[B04]的含量与其红外发光强度密切相关。根据光学碱度理论和[BO4]的作用我们认为红外发光来自于低价态的Bi离子（Bi+）。2.在铋掺杂的钠硼硅玻璃中我们发现其红外发光性能随激发波长变化而改变；在同一激发波长下通过调节玻璃中B2O3的含量可以得到可调谐的宽带近红外发光,这主要跟样品中Bi+所处局域环境的变化有关。3.研究了γ射线对Bi掺杂多孔玻璃发光性能的影响。用γ射线诱导空气气氛处理获得的Bi离子掺杂多孔玻璃,从吸收光谱和发光光谱研究发现Bi离子的价态发生变化。其次辐照后该样品在近红外波段出现俩个新的宽带近红外发光峰,分别位于940nm和1258nm。通过用γ射线诱导氩气气氛处理获得的Bi离子掺杂的多孔玻璃,得到半高宽大于375nm的超宽带红外发光。通过ESR分析,得出红外发光来源于低价态的Bi+离子。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 问题的提出
• 1.3 本文的工作
• 第二章 宽带光放大用发光材料的研究进展
• 2.1 光纤通讯发展历史及光通讯窗口简介
• 2.2 各类近红外波段增益材料介绍
• 2.2.1 稀土离子掺杂光纤放大器
• 3+掺杂光纤放大器（EDFA）'>2.2.1.1 Er³⁺掺杂光纤放大器（EDFA）
• 3+掺杂光纤放大器（TDFA）'>2.2.1.2 Tm³⁺掺杂光纤放大器（TDFA）
• 3+掺杂光纤放大器（PDFA）'>2.2.1.3 Pr³⁺掺杂光纤放大器（PDFA）
• 2.2.2 Raman光纤放大器（Fiber Raman Amplifiers,FRAs）
• 2.2.3 半导体量子点红外宽带发光材料
• 2.2.4 过渡金属离子掺杂的增益材料
• 4+激活的发光材料'>2.2.4.1 近红外宽带Cr⁴⁺激活的发光材料
• 2+掺杂的发光材料'>2.2.4.2 宽带近红外Ni²⁺掺杂的发光材料
• 2.2.4.3 其他过渡金属离子激活的近红外发光材料
• 2.2.5 新型Bi掺杂发光材料
• 2.2.6 其他具有nsnp电子构型的主族元素激活的宽带近红外发光材料
• 2.3 近红外波段增益材料研究展望
• 第三章 实验研究方法
• 3.1 实验原料
• 3.2 样品制备方法
• 3.2.1 普通玻璃制备方法
• 3.2.2 多孔玻璃制备方法
• 3.3 实验表征方法和设备
• 3.3.1 吸收光谱（Absorption Spectra）
• 3.3.2 荧光光谱,荧光衰减曲线（Fluorescence Spectra,Fluorescence Decay Curve）
• 3.3.3 电子自旋共振（ESR,Electron Spin Resonance）
• 3.4 理论基础
• 3.4.1 光学碱度理论（Optical Basicity Theory）
• 第四章 铋掺杂钠硼硅玻璃的光谱特性
• 4.1 引言
• 4.2 Bi掺杂钠硼硅玻璃的制备
• 4.3 Bi掺杂钠硼硅玻璃的光谱性能研究
• 4.4 铋掺杂钠硼硅玻璃光放大演示
• 4.5 本章小结
• 第五章 研究γ射线对铋掺杂多孔玻璃发光性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 Bi离子掺杂多孔玻璃的制备
• 5.3 Bi离子掺杂多孔玻璃的光学性能研究
• 5.4 γ射线对Bi掺杂多孔玻璃发光性能的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读硕士期间的研究成果