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在众多的掺铒玻璃体系中,掺铒碲酸盐玻璃具有宽的1.5μm发射带、大的受激发射截面和高的铒可掺杂浓度等优点,是最有希望成为宽带通信光放大的介质材料之一。但由于碲酸盐玻璃声子能量较低,~770cm-1,在980nm泵浦下,4I11/2能级向4I13/2能级的弛豫速率低,不利于4I13/2能级的快速布局和积累,也影响光泵浦效率。同时,低的声子能量也易产生较强的上转换现象,从而降低光放大性能。因此,增加4I11/2能级向4I13/2能级的无辐射弛豫是掺铒碲酸盐玻璃研究面临的课题。
本论文就是针对这一课题展开的研究工作。首先以碲钨玻璃为对象,以熔融法合成了变掺铒浓度的碲钨酸盐玻璃(Tellurite-tungsten),详细研究了掺杂浓度对一种光学特性的影响。接下通过引入了具有恰当声子能量(1200 cm-1)的P2O5到掺铒碲钨玻璃中,成功获得了掺铒碲钨磷玻璃,使Er3+4I11/2—4I13/2能级间的弛豫速率较原掺铒碲钨玻璃提高了3.5倍且不影响1.5μm发射的量子效率,这在国际上也是首次报导。发现引入P2O56 mol%后,在980nm激发下,红绿光上转换发射得到了极大抑制,约降低一个量级,这对提高放大器性能极其有利。详细分析了此体系玻璃在980/808nm激发下红绿光上转换发射机理后,认为在这种掺1 mol%Er3+的玻璃体系中,绿光主要源于Er3+激发态吸收过程。同时这种掺铒碲钨磷玻璃也具有良好的热稳定性。因此说这种含P2O5掺铒碲钨磷玻璃是一种可能的EDFA用基质材料。
由于在碲钨玻璃中P2O5组分只能达到约7 mol%,不能大量引入,阻碍了4I13/2能级布局速率的进一步提高,考虑到P2O5的声子能量(1200 cm-1)大于WO3组分(920 cm-1),除去了WO3组分,得到了TeO2-Li2O-P2O5玻璃。通过实验确定了其成玻范围,绘制了相图,通过寿命及光谱分析了各组分对玻璃光学性质的影响,最终确定了可能用于光放大的玻璃配比。
通过研究找到了利用光谱学方法描述掺铒碲酸盐玻璃中Er3+4I11/2—4I13/2无辐射弛豫过程及分析红绿光上转换发光机理的方法,通过引入P2O5组分改进了掺铒碲酸盐玻璃材料在光放大应用方面的性能,找到了几种具有较佳特性的可能用于光纤放大器的玻璃配比。