掺铥碲酸盐光学功能玻璃的热稳定性及光谱性能研究

摘要

随着因特网的迅猛发展和个人计算机的不断普及，人类社会进入了一个前所未有的信息量急剧增加的时代，这激起了人们对光纤通信传输速率的极高要求以及对系统通信容量的巨大需求。但是目前的通信系统无法满足人们对高速大容量传输的要求，因而需要开发新型光放大器，将光放大带宽扩宽到S波段，提高传输容量。
　　 本文以研究用于S波段光放大器用掺铥碲酸盐玻璃为主要对象，针对掺铥碲酸盐玻璃热稳定性差、Tm3+离子在1.46μm处发光效率低等缺陷，本文做了如下研究:
　　 通过熔融温度、熔融时间、退火温度等工艺条件对掺铥碲酸盐玻璃物化性能的研究，解决制备过程中掺铥碲酸盐玻璃可能出现的气泡、开裂及不均匀等问题，最终获得掺铥碲酸盐玻璃最佳制备工艺参数。通过引入KF和La2O3增强碲酸盐玻璃网络结构连续性来改善碲酸盐玻璃的热稳定性，使制备出的碲酸盐玻璃的ΔT大于120℃，满足光纤拉制的热性能要求。稀土氧化物含量较少，仅填充在玻璃网络空隙中，其含量变化对玻璃结构影响不大。
　　 根据玻璃的吸收光谱与荧光光谱，应用Judd-Ofelt理论及最小二乘法拟合，计算出掺铥碲酸盐玻璃的Judd-Ofelt强度参数、自发辐射概率及荧光辐射寿命等参数，并分析讨论玻璃成分及稀土离子浓度变化对荧光性能的影响。结果表明:在TeO-KF-La2O3系列玻璃中，KF的引入减少玻璃中OH-基的含量，Tm3+离子与玻璃中OH-基之间的能量传递减少，从而使Tm3+离子3H4能级荧光辐射寿命延长，Tm3+离子的荧光半高宽及放大增益也随着KF含量的增加而增大。而在TeO2-ZnO-La2O3系列玻璃中，Tm2O3最佳掺杂浓度为0.8mol％;采用Tm3+/Yb3+共掺杂的方式，可实现稀土离子之间的能量传递，有效延长3H4能级的荧光辐射寿命。75TeO2-20ZnO-15La2O3-0.8Tm2O3玻璃，ΔT为180℃，荧光半高宽(FWHM)为114.6nm，FWHM×σe（峰值波长的受激发射截面）为411.76×10-28cm3，是一种较理想的S波段光放大器用玻璃基质材料。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 光通信与光放大器概述

1．1．1 光通信发展史

1．1．2 光放大器种类及特征

1．2 稀土离子的发光特性

1．2．1 稀土离子的结构特征

1．2．2 Tm3+离子的光谱特性

1．3 稀土掺杂光放大器用玻璃基质材料的研究进展

1．3．1 玻璃的形成条件

1．3．2 玻璃基质的种类及特征

1．4 掺铥碲酸盐玻璃的研究进展

1．5 本论文的目的及主要研究内容

1．5．1 研究目的及意义

1．5．2 主要研究内容

第二章 实验研究与性能表征

2．1 实验原料与实验设备

2．1．1 实验原料

2．2．2 实验设备

2．2 样品制备工艺流程

2．3 样品结构与性能表征

2．3．1 密度测试

2．3．2 热稳定性分析

2．3．3 微观结构分析

2．3．4 光学性能分析

第三章 掺铥碲酸盐玻璃的制备工艺及热稳定性研究

3．1 制备工艺参数研究

3．1．1 熔融温度

3．1．2 退火温度

3．2 组成对掺铥碲酸盐玻璃热稳定性的影响研究

3．2．1 KF含量

3．2．2 Tm2O3含量

3．2．3 Yb2O3含共掺杂

3．2．4 La2O3含量

3．3 本章小结

第四章 吸收光谱与Judd-Ofelt强度参数研究

4．1 组成对掺铥碲酸盐玻璃吸收光谱的影响研究

4．1．1 KF含量

4．1．2 Tm2O3含量

4．1．3 Tm3+/Yb3+共掺

4．1．4 La2O3含量

4．2 组成对掺铥碲酸盐玻璃Judd-Ofelt强度参数的影响研究

4．2．1 KF含量

4．2．2 Tm2O3含量

4．2．3 Tm3+/Yb3+共掺杂

4．2．4 La2O3含量

4．3 组成对Tm3+离子的荧光辐射寿命影响研究

4．3．1 KF含量

4．3．2 Tm2O3含量

4．3．3 Tm3+/Yb3+共掺杂

4．3．4 La2O3含量

4．4 本章小结

第五章 掺铥碲酸盐玻璃的荧光光谱分析

5．1 组成对Tm3+离子在1.46μm处的荧光光谱性能影响研究

5．1．1 KF含量

5．1．2 Tm3+/Yb3+共掺杂

5．1．3 La2O3含量

5．2 组成对Tm3+离子在1.2μm处的荧光光谱性能影响研究

5．2．1 KF含量

5．2．2 La2O3含量

5．3 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A