本文采用两步熔融法制备了相同基质,Er3+离子浓度固定0.5mol%不变Yb3+离子浓度由0mol%依次增加1.5mol%变化到7.5mol%的系列磷酸盐玻璃,并对各Yb3+离子掺杂浓度下的玻璃试样进行了密度、厚度、折射率、热稳定性等物理性能的测试;根据各样品的吸收光谱,利用J-O理论计算得到此玻璃体系的系列光谱参数,并对其荧光光谱进行了测试分析。另外,在前面分析得到的最佳配比方案的基础上,采用添加重金属氧化物Bi2O3对其进行改性,并对各项性能进行测试比较。最后通过分析制备工艺条件的影响因素,进一步确定最佳的制备方案。制备得到的玻璃样品密度在1.4470～1.5382g/cm3之间,当掺杂的Yb2O3为6.0mol%（E5样品）时,玻璃的密度达到最大为1.5382g/cm3;得到的玻璃样品折射率在1.54左右。通过DTA测试,得到玻璃样品的开始析晶温度和玻璃转变温度差值△T,在E5样品达到最大值为154℃,具有良好的热稳定性。对系列玻璃进行耐水性能测试,发现前2个小时腐蚀程度大后面基本呈线性增加。本实验对发光玻璃吸收光谱的测试,吸收光谱主要有7个吸收峰,中心位置波长分别为:488,520,544,651,798,978,1534nm,吸收峰分别对应于Er3+离子从基态4I15/2到各个激发态4F7/2,2H11/2,4S3/2,4F9/2,4I9/2,4I11/2,4I13/2以及Yb3+离子从基态2F7/2到2F5/2的吸收跃迁。利用J-O理论计算得到唯象强度参数Ωt,Ω2在7.04～7.52之间,Ω4在1.67～1.96之间,Ω6在1.05～1.24之间;计算出Er3+离子在本实验样品中的自发辐射跃迁几率Ae d、Am d,荧光强度分支比β和辐射寿命τrad,利用McCumber理论计算得到的发射截面达到0.84pm2。测试样品在1.5μm处的荧光光谱,各样品的荧光峰值波长并没有发生变化,均为1534nm;荧光强度随着Yb3+离子浓度的增加先变大后降低,在E5样品中达到最大值,荧光半高宽可达到38nm;本实验制备的PBAZN系列磷酸盐玻璃的Yb3+:Er3+最佳比为12:1。得到的上转换发射光谱有三个,可见峰位于522,545,651nm,在E5样品中绿光强度是单掺铒的5倍左右,红光强度为3倍左右。通过对E5样品配方添加10mol%的Bi2O3进行改性实验,玻璃的密度、折射率、热稳定性都得到一定提高,通过荧光光谱测试发现掺杂氧化铋后的铋磷酸盐玻璃的峰值在1544nm,向长波方向移动了;荧光半高宽为48nm。实验发现提高玻璃的熔炼温度对去除OH?有一定的作用,制得样品的荧光寿命还是比较理想的。
第一章 绪论 11-25
    1.1 选题的背景 11-17
        1.1.1 光纤通讯与光放大器概述 11-13
        1.1.2 掺铒光纤放大器与波导放大器的发展 13-16
        1.1.3 Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐激光玻璃的发展 16-17
    1.2 发光玻璃 17-24
        1.2.1 发光玻璃研究背景 17-20
        1.2.2 发光玻璃制备方法 20-21
        1.2.3 激光玻璃的基本要求 21-24
    1.3 课题的意义和本论文的主要工作 24-25
第二章 Er~(3+)-Yb~(3+)共掺体系的发光机理和光谱理论 25-39
    2.1 稀土元素 25-29
        2.1.1 稀土元素基本性质 25-26
        2.1.2 稀土离子的结构 26-27
        2.1.3 铒的性质及应用 27-28
        2.1.4 镱的性质及应用 28-29
    2.2 稀土离子间相互作用 29-34
        2.2.1 能量传递 29-30
        2.2.2 交叉驰豫 30
        2.2.3 多声子驰豫 30-31
        2.2.4 合作上转换 31-33
        2.2.5 浓度淬灭 33-34
    2.3 Er~(3+)-Yb~(3+)体系发光机理 34-39
        2.3.1 光与物质的相互作用 34-35
        2.3.2 稀土离子的发光机理 35-36
        2.3.3 Er~(3+)-Yb~(3+)能级结构及发光机理 36-39
第三章 实验内容与方法 39-45
    3.1 玻璃的原料与配料 39-41
        3.1.1 玻璃原料的选择 39-40
        3.1.2 玻璃原料的配比 40-41
    3.2 实验仪器设备 41
    3.3 玻璃样品的制备 41-42
    3.4 性能测试 42-45
        3.4.1 物理性能及结构性质测试 42-44
        3.4.2 光谱性能测试 44-45
第四章 结果与讨论 45-77
    4.1 物理、化学和结构性能测试结果与讨论 45-54
        4.1.1 密度与厚度测试结果与讨论 45-46
        4.1.2 Er~(3+)，Yb~(3+)离子掺杂浓度的计算结果与讨论 46-47
        4.1.3 Er~(3+)-Yb~(3+)共掺PBAZN 玻璃折射率的测试结果 47
        4.1.4 抗潮解性能的分析与讨论 47-49
        4.1.5 玻璃拉丝性能的测试与讨论 49
        4.1.6 玻璃热稳定性的测试与讨论 49-51
        4.1.7 化学稳定性的测试及结果讨论 51-54
        4.1.8 XRD 测试结果讨论 54
    4.2 Judd-Ofelt 及McCumber 理论稀土光谱参数计算中的应用 54-59
        4.2.1 Judd-Ofelt 理论简介 55
        4.2.2 跃迁振子强度 55-56
        4.2.3 自发辐射的弛豫率 56-57
        4.2.4 发光寿命 57-58
        4.2.5 McCumber 理论 58-59
    4.3 发光玻璃的光谱性质测试、计算结果与讨论 59-72
        4.3.1 吸收光谱和J-O 理论计算 59-66
        4.3.2 1.5μm 处荧光光谱和上转换光谱 66-69
        4.3.3 吸收截面和发射截面 69-71
        4.3.4 荧光俘获效应的讨论 71-72
    4.4 铋掺杂PBAZN 磷酸盐玻璃改性的结果与讨论 72-75
        4.4.1 物理性质的变化 72-73
        4.4.2 J-O 强度参数的变化 73-74
        4.4.3 荧光光谱的变化 74-75
    4.5 不同制备工艺对磷酸盐去除OH?的结果与讨论 75-77
第五章 结论 77-80