犈狉３＋ 单掺与 犈狉３＋ ／犘狉３＋ 共掺碲酸盐玻璃的 ２．７μ犿 光谱性质及能量转移过程

### 犈狉３＋单掺与犈狉３＋／犘狉３＋共掺碲酸盐玻璃的２．７μ犿光谱性质及能量转移过程 #### 摘要与研究背景 本研究通过高温熔融法制备了不同浓度的Er3+以及Er3+/Pr3+共掺的碲酸盐玻璃。该类玻璃具有60TeO2–30WO3–10La2O3的基础组成。研究中详细分析了这些玻璃样品的红外透过光谱、吸收光谱以及在980nm激光二极管(LD)抽运下的荧光光谱，并探讨了Er3+:4I13/2能级的荧光寿命。这些数据对于理解碲酸盐玻璃中Er3+离子的发光性能至关重要。 #### 实验方法与样品制备 - **样品制备**：将所需的氧化物原料按照预定比例混合均匀，然后将混合物置于铂金坩埚中，在1200℃左右进行熔融处理。熔化后，将熔体倒入预先加热的模具中，快速冷却以形成玻璃状物质。 - **光谱测量**：利用分光光度计对制备好的玻璃样品进行红外透过光谱和吸收光谱的测量。此外，还使用荧光光谱仪测量了样品在980nm LD抽运下的荧光光谱。 #### 结果与讨论 - **红外透过光谱分析**：通过红外光谱可以评估玻璃中OH-离子的含量，这对于理解玻璃的结构特性及其对发光性能的影响非常重要。研究发现OH-的吸收系数α为0.57cm−1。 - **吸收光谱**：吸收光谱揭示了Er3+和Pr3+在玻璃基质中的吸收特性，这对于理解离子间可能的能量转移机制至关重要。 - **荧光光谱与寿命测量**：研究了Er3+:4I13/2能级的荧光寿命，这是评估激光材料潜在应用的重要参数之一。结果显示，该能级的荧光分支比β为16.3%，这表明约有16.3%的发射是来自4I13/2能级到基态4I15/2的跃迁。 - **能量转移过程**：研究还探讨了Er3+/Pr3+共掺时的能量转移效率。通过分析980nm抽运条件下的荧光光谱，发现Pr3+可以有效地将能量转移到Er3+，从而提高Er3+在2.7μm处的发光效率。 #### 计算与理论模型 - **Judd-Ofelt理论**：基于该理论计算了J-O参量、自发辐射系数Arad以及荧光分支比β。这些参数对于预测材料的激光性能至关重要。 - **Fuchtbauer-Laderburg理论**：通过该理论计算了2.7μm波长下受激发射截面σem。该值对于评价材料作为2.7μm激光器活性介质的潜力非常重要。实验中测得的最大受激发射截面为1.13×10−20cm2。 #### 结论 本研究通过高温熔融法制备了不同浓度的Er3+以及Er3+/Pr3+共掺的碲酸盐玻璃。通过对这些样品的光谱性质的研究，证实了它们具有良好的2.7μm激光性能。特别是，通过Er3+/Pr3+共掺能够显著提高2.7μm处的荧光强度，显示出该类玻璃有望成为一种高效的2.7μm激光材料。未来的研究将进一步优化离子掺杂比例和玻璃基质成分，以实现更高性能的激光应用。