【摘 要】
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可见光发射稀土离子掺杂材料在现代诸多领域中具有重要应用,其中较为典型的有激光增益光纤、LED照明用荧光粉以及X射线探测用闪烁体。然而受传统材料本征性质和制备技术成熟度的限制,其发光效率、稳定性和实用性等应用性能还有待进一步提高。针对这一问题,本文开展了可见光发射稀土离子掺杂磷酸盐玻璃和光纤的研究,主要研究内容如下:1、针对当前Dy3+掺杂黄光光纤激光器输出功率和斜率效率等指标不够高,以及占据研究主
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可见光发射稀土离子掺杂材料在现代诸多领域中具有重要应用,其中较为典型的有激光增益光纤、LED照明用荧光粉以及X射线探测用闪烁体。然而受传统材料本征性质和制备技术成熟度的限制,其发光效率、稳定性和实用性等应用性能还有待进一步提高。针对这一问题,本文开展了可见光发射稀土离子掺杂磷酸盐玻璃和光纤的研究,主要研究内容如下:1、针对当前Dy3+掺杂黄光光纤激光器输出功率和斜率效率等指标不够高,以及占据研究主流的氟化物玻璃光纤实用性不够理想等缺点,利用磷酸盐玻璃的高稀土离子溶解度、较高声子能及高不对称性和共价性等特点,一方面通过加速猝灭Dy3+黄光发射的下能级以及促进其超灵敏跃迁,改善其黄光增益性能;另一方面借助磷酸盐玻璃成熟简单的工艺提高了实用性。所熔制Dy3+掺杂磷酸盐玻璃理论增益特性优于现有同类产品,达到210.53 pm~2×μs。2、针对传统磷酸盐玻璃光纤耐水性差的缺点,以耐水性和机械性能良好且拉丝性质匹配的K9商用硅酸盐玻璃作为包层,通过复合光纤结构改善了光纤化学稳定性和机械强度,拉制了硅酸盐包层—Dy3+掺杂磷酸盐玻璃纤芯复合玻璃光纤;光纤在450 nm蓝光激光泵浦下具有强黄光发射,可作为黄光激光增益光纤。3、针对当前LED照明用荧光粉难以分散均匀且封装材料易老化,X射线探测用闪烁单晶成本高,工艺复杂,且难构建可实现高分辨率及远距离X射线探测的微纤维阵列等缺点,采用Eu3+及Tb3+掺杂磷酸盐玻璃,分别实现了87.28%和68.55%的内量子效率,且在不同功率X射线激发下的积分发射强度分别基本达到了商用BGO闪烁单晶的19.49%和34.74%。在此基础上构建了可实现发光颜色调控和白光输出的LED器件,拉制了闪烁复合光纤,初步展示了二者在LED照明和X射线探测方面的应用潜力。
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