（凝聚态物理专业论文）具有宽带红外发射的掺铒硼硅玻璃的研究.pdf

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d o p e db o r o s i l i c a t eg l a s s e s e x h i b i t i n gb r o a d b a n d i n f r a r e de m i s s i o n m a s t e rd e p a r t m e n t ( j i a n g t i n gs u n ) d i r e c t e db yp r o f j i a h u az h a n g p r o f x i a o j a nw a n g a b s t r a c t e r b i u m - d o p e df i b e ra m p l i f i e r ( e d f a ) ，u t i l i z i n gt h ee m i s s i o nt r a n s i t i o n 。i 3 2 4 i5 2o fe r i sak e ye l e m e n to ft h e1 5 9 mw i n d o wt e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m t h e e d f au t i l i z e da tp r e s e n ti sm a d eo fe r ”一d o p e ds i l i c ag l a s s w h i c hs h o w sn a r r o w e m i s s i o nb a n da t1 5 9 mr e s u l t i n gi nn a r r o wg a i ns d e c t r aw i t hb a n d w i d t ha r o u n d3 0 n m d h et or a p i di n c r e a s eo f i n f o r m a t i o nc a p a c i t ya n dt h en e e df o rf l e x i b l en e t w o r k s t h e r e i su r g e n td e m a n df o ro p t i c a la m p l i f i e r sw i t haw i d ea n df l a tg a i ns p e c t r u mi nt h e t e l e c o m m u n i c a t i o nw i n d o u t h e r e f o r e t h eg l a s sw i t haw i d e 1 5 9 me m i s s i o n b a n d w i d t ho fe ，+ i o n sh a sb e e np a i dag r e a ta t t e n t i o n i nt h i st h e s i s t h e r ea r et w o s u b j e e l si nm vr e s e a r c h o n ei sa b o u to ft h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h e1 5 t m li n f r a r e d e m i s s i o nw e r ei n 、。e s t i m a t e d t h eo t h e ri sa b o u to ft h es e a r c hf o re r 3 一d o p e dg l a s s u h i c hh a saw i d ee m i s s i o ns p e c t r u ma t1 5 l l m - h i l eh a sa ne x c e l l e n tt h e r m a la n d c h e m i cs t a b i l i t y w jp r e p a r e da no x i d eg l a s sb a s e do nb i 2 0 io x i d ea sh o s tf o re r i o n s t h e1 5 p r o e m i s s i o ns p e c t r aa r es t u d i e dw i t h i nt h et e m p e r a t u r ef r o m11kt o3 0 0 k t h es p e c t r a l c o m p o n e n t so ft h et r a n s i t i o n sf r o mt h el o w e s ta n du p p e rs t a r kl e v e l so f 。1 1 3 2s t a t et o t h eg r o u n ds t a t ea r es e p a r a t e da n di d e n t i f l e d r e s p e c t i v e l y t h ec o n t r i b u t i o n so ft h e s p e c t r a lc o m p o n e n t st ob r o a d e n i n go ft h e1 ，5 u me m i s s i o nb a n da r ed i s c u s s e d a n e q u i v a l e n tm o d e io ff o u r _ k 、e ls y s t e mi sp r e s e n t e dt od e s c r i b et h es p e c t r a ls h a p eo f 4 1 1 3 1 2 4 i l5 ，：t r a n s i t i o n t h eg a d o l i n i u md o p e da n dl u t e t i u md o p e db o r o s i l i c a t eg l a s ss y s t e m e r e p r e p a r e db yt h et e c h n i q u eo fh i g h t e m p e r a t u r em e l t i n ga td i f f e r e n tt e m p e r a t u r ea n d t h ef o r r n a t i o nr a n z eo fg l a s sa r ee x p e r i m e n t a l l yo b t a i n e d r e s p e c t i v e l y t h et h e r m a l s t a b i l i t y a n db r o a d b a n de m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft h e p r e p a r e dg l a s s e s w e r e d i s c u s s e d e x c e l l e n tt h e n n a ls t a b i l i t yo ft h eg l a s s e sh a sb e e nd e m o n s t r a t e du s i n g d i 饿r e n t i a lt h e r m a la n a l y s i s t h em a x i m u mo ff u l lw a v ea th a l fm a x i m u m ( f w h m l i nt h eg a d o l i n i u md o p e da n dl u t e t i u md o p e db o r o s i l i c a t eg l a s ss y s t e ma r e7 0 n ma n d 2 中科院长春光学精密机械与物理研究所博士毕业生论文2 0 0 4 年 7 6 r i m ，r e s p e c t i v e l y t h eo p t i c a lp a r a m e t e r s ，s u c ha st h ea b s o r p t i o na n de m i s s i o nc r o s s s e c t i o n ，t h e j - o p a r a m e t e r sot ma n dr a d i a t i v e t r a n s i t i o np r o b a b i l i t i e sw e r e c a l c u l a t e db yu s i n gt h et h e o r yo fm c c u m b e ra n dj u d d 0 f e i t t h ee m i s s i o np r o p e r t i e s a t1 5 l a mo ft h es a m p l e sa l ed i s c u s s e dw i t ht h ep r o d u c to ff u l lw i d t ha th a l fm a x i m u m a n ds t i m u l a t e de m i s s i o nc r o s ss e c t i o n i tc a l lb es e e nt h a tt h ev a l u eo ft h ef w h m 以p e a kp r o d u c ti nt h ep r e p a r e dg l a s si sm o r et h a nt h o s eo fs i l i c a t e ，g e r m a n a t ea n d p h o s p h a t eg l a s s e s t h et r a n s p a r e n tg l a s sc e r a m i c sa r o u n d1 5 9 mw e r eo b t a i n e db yt h eh e a t t r e a t m e n tf o rt h ep r e v i o u sg l a s s e sa tt h ed i f i e r e n t t e m p e r a t u r ea b o v e i t s g l a s s t r a n s i t i o nt e m p e r a t u r ef l ) w h i c hs h o wd i f r e r e n te m i s s i o ns p e c t r a ls h a p e sf r o mt h e c o r r e s p o n d i n gg l a s s e s t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tr a d i a t i v et r a n s i t i o np r o b a b i l i t 3 i n c r e a s e w h i l et h ef w h mi n c r e a s e b e c a u s et h eh e a tt r e a t m e n t b r i n g o nt h e c r y s t a l l i t e t h el i r e t i m eo fe r i 1 3t l eg l a s sc e r a m i c si sl o n g e rt h a nt h a ti nt h ed r e 、i o u s g l a s s e sb yt h em e a s u r e dt i m ed e c a y k e yw o r d s ：e r 3 + i o n s ，i n f r a r e d b r o a d b a n de m i s s i o n e d f a g l a s s 3 勺具有宽带红外发射的掺铒玻璃的研究孙江亭 1 绪论 光纤通信事业的发展，推动着人类社会向信息社会的变革。1 9 7 0 年第一根 低损耗光导纤维的出现，翻开了人类通向信息社会的新的一页。目前，光通信器 件、光电器件向高速、大容量、集成化方向发展。在光纤通信技术中石英光纤 奎近红外1 5i j - i t i 处吸收损耗最小，为最佳通信窗口，这些导致大量的掺铒光纤 激光器 1 - - 4 】、掺铒玻璃激光器【5 4 】的研究与制造。光在光纤中传输一段距离后，由 于损耗而使光信号衰减和变形，影响通信速率和通信容量，需对信号进行放大； 以前是将光信号转换为电信号，对电信号放大后，又转换为光信号，这使得信号 传输速率受到极大的限制。掺铒光纤放大器( e d f a ) i o - 1 8 的问世引起了光 通信历史的一场革命，为实现全光通信迈出了关键的一步，大大的提高了光信号 的传输速率和传输容量。 e r 3 + 掺杂的玻璃材料作为在第三通信窗口及眼睛安全区域的激光增益基质 ； 激光原材料，多年来一直受到人们的重视。用于光放大器的掺铒玻璃材料要求 j 盍到高增益、增益平坦化，即要求铒的发光效率高、谱线半高线宽大的优点。现 杰所使用的e d f a 是由掺铒石英玻璃制造的，其在1 5 5 1 a m 处发射带宽很窄，约 为3 0 h m 。随着大容量信息通信和波分复月系统的需求的增加，掺铒宽带e d f a 必须得到同步发展。因此，人们越来越希望获得比目莳的掺铒石英玻璃具有更宽 1 5 9 m 发射带的新型掺铒玻璃，相关的研究在国际上受到了极大的重视【1 9 - 2 “。 1 1 掺铒光纤放大器 人们通常把光子学看成是未来的通讯技术，光子学利用光学纤维及其它部分 柬高速传送如激光脉冲这类信息，据美国的一家研究机构e 1 e c t r o n i c a s t 称， ：9 9 3 年欧洲市场的价值为1 3 亿美元，到1 9 9 8 年增至2 8 亿，分析家认为在今后 l o 年光子学将在从计算机到航天等许多领域，尤其是在远程通讯方面取代电子 学。光子学开始于8 0 年代，当时把光学纤维用于远程通讯的主干线上，在过去 几年中大多数国家的主干网络和国际线路中，光纤已迅速取代了铜。在主干线或 “运输”网络中，纤维比铜好是因为它能更快、更可靠地传送通讯数据，如电话、 视像和数据等。在理论上光学纤维的能力是非常大的，一根细细的纤维能传送美 国和欧洲间的所有电话，而每比特信息的费用则比铜线传输低i 0 0 倍。 在长途光纤通信系统中，当光信号传输一定距离后，就要加一中继器将减弱 中科院长春光学精密机械与物理研究所博士毕业生论文2 0 0 4 年 了的光信号放大，然后继续传输。通常这种中继器是将微弱的光信号转变为电信 号对电信号进行整形和放大，再将电信号转变为强光信号发送出去。这样的中 继设备十分复杂，可靠性也不高，对长距离海底通信相当困难。多年来人们一直 在想办法去掉光一电一光转换过程，直接对光信号放大后再传输。近年来光放大器 的研究进展相当迅速。迄今为止，研究的光放大器有以下三种： ( 1 )半导体激光放大器 ( 2 )掺稀土金属放大器 ( 3 )非线性激光放大器。 其中掺稀土金属放大器中的掺铒光纤放大器( e d f a ) 以其高增益、低噪音的 特点，已在光纤通信系统中被成功地用作在线放大器。”、前置放大器。i 和功率放 大器j “，分别用来补偿光纤传输或分配损耗，提高接受灵敏度及增强发射光功率。 石英光纤掺稀土元素( 如n d 、e r 等) 后可构成多能级的激光系统，在泵浦 光的作用下可使输入的信号光得到放大。提供合适的反馈可构成激光器。 早在1 9 6 3 年就报道了第一个掺、d 的光纤放大器，工作波长为1 0 6 um ：1 9 6 4 年又报道了第一个1 jum 的掺e r 玻璃激光器。此后，出于l d 的迅速发展，这 类光纤放大器t 尤其是掺、d 的光纤放大器) 的发展不甚快。 近年来由于掺铒光纤放大器的研究取得了突破，又使掺铒光纤放大器的研究 重新成为了热点，1 9 8 5 年，英国的s o u t h a m p t o n 大学研制出了掺e r 石英光纤 并于1 9 8 7 年首次报道了铒光纤放大器”( e d f a ) 。自此，e d f a 的研究工作发展 十分迅速，至今已有多种商品出售。 端荔皇兰罩滂 ； “t l t l 6 。d = 强辱 “叩”；隔摹 = = 二二= t 二 图卜1e d f a 的结构图( a ) 能级图( b ) 和增益图( c ) 9 勺具有宽带红外发射的掺铒玻璃的研究孙江亭 e d f a 的基本结构如图l - l a 所示，它主要由有源介质( 几米到几百米长的一 段掺铒石英光纤) 、光偶合器和泵浦光源等组成。信号光与泵浦光的传播方向， 如果在同一方向，称为同向泵浦，如果在相反方向，称反向泵浦：也可以在两个 方向，即双向泵浦。同向泵浦可获得低的噪声系数，而反向泵浦可获得高的输出 功率。当1 ，j ju l i 左右的信号光与1 4 8 u m ( 或0 8 、0 9 8um 等其它波长) 的 泵浦光同时注入到铒光纤中时，e r 离子在强泵浦光的作用下激发到高能级上( 图 卜l b ) 并很快衰变到亚稳态能级上，在信号光作用下回到基态时放出对应于信号 光的光子，使信号得到放大。图卜1 c 为其放大的自发发射谱，可见信号带宽很 大，且有两个峰值，即在1 j 3p - m 和1 j jum 附近。9 。 e d f a 的主要优点是泵浦效率高、增益高、饱和输出功率大、与系统连接方 便且插入损耗低、频带宽、噪音低、对偏振不灵敏及多路传输串话小等。它的主 要应用领域为光信号传输及分配网、全光中继器、孤子放大和环行激光器等。与 半导体放大器相比，e d f a 还有插入损耗低，增益与偏振无关，串话及交调干扰 小等优点。同掺d 的光纤放大器相e e ，由于掺、d 光纤放大器的两个放大窗口， 即l _ 0 6 um 和1 3 3 um ，其1 0 6pm 不是光纤通信窗口，而1 3 3um 也不在零色 散波长，不利于高速长距离传输。而掺e r 光纤放大器的1 ；jum 放大窗口位于 光纤通信窗口处，有利于长距离传输，因而有很大的优势。 ，毫直王一 f 基由一_ 图l 一2e d f a 的基本组成及泵浦方式 1 0 中科院长春光学精密机械与物理研究所博士毕业生论文2 0 0 4 年 不论是同向泵浦还是反向泵浦，一个完整的( e d f a ) 包括下列几个部分( 图 l 一2 ) ： ( 1 )掺铒石英光纤，是e b f a 的关键； ( 2 )高效率泵浦光源，是e i ) f a 的又一关键： ( 3 )光纤耦合器，信号光与泵浦光的合路用： ( 4 )偏振不灵敏光隔离器，消除反射防止震荡： f 5 )窄带光滤波器，降低a s e 噪声。 可见，铒光纤和e d f a 的关键、研究重点。通过对它们的优化设计，是不断 提高e d f a 性能的主要任务。 e d f a 的主要参量包括增益、输出功率、增益饱和特性、增益带宽特性和噪 声特性，但系统对e d f a 的要求，视不同的应用有所侧重。如作为功率提升放大 器，要求有高的饱和输出功率；作为前置放大器，则要求高的增益和低的噪声， 而作为光中继器，则要求三者兼预。这些要求都与铒光纤参量及泵浦波长有密切 相关。因此铒光纤参量及泵浦波长的优化设计对e d f a 的性能有很大的影口向= 1 2 掺铒光纤放大器的研究现状 尽管在玻璃中e r 离子的一些发光性能不如在晶体中的好( 如受激发射截面 较低等) 。但利用热成型和冷加工工艺可制得各种不同大小尺寸和形状的玻璃。 灵活性比晶体大，既可以拉成直径小至微米的光学纤维，又可以制成几厘米直径 和几米长的棒或直径高达4 6 c m 的圆盘。掺e r 玻璃的性质和组分可按要求在很大 范围内变化，制造工艺成熟、e r 掺杂浓度高，发射和吸收谱宽使掺e r 玻璃在 红外固体激光器、光纤激光器和敦大器、上转换激光器及光波导等领域得到r _ 泛 的研究和发展：”。 e r 掺杂的发光和光学玻璃的基质主要有氧化物、氟化物玻璃或氟氧化物， 近几年出于掺e r 玻璃研究的热澎，还发展了硫属化合物基质玻璃。这三大类玻 璃的一个重要不同是它们的最大声子能量明显不同，依次是氧化物 氟化物 硫属 化合物。尽管氧化物玻璃的声子能量都比较大，但由于氧化物玻璃有着更高的玻 璃转换温度更好的化学稳定性和机械性能，氧化物玻璃是研究得最多的且种类 也是最多的，包括硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐、锗酸盐、碲酸盐和铋酸盐等。 研究得最早的是硅酸盐玻璃l 声予能量约为l l o o c m 、) ，其化学稳定性好，机 械和热机械性能优越，制造工艺成熟，在1 9 6 5 年s n i t z e r 和w o o d c o c k 就用硅酸 盐玻璃实现了e r ”的1 j 4 1 2r f l 激光。硅酸盐激光玻璃适宜于工业生产，已广泛应 用于各种重复频率不高的中、小型激光器件。其中，掺e r 3 石英光纤作为一种特 殊类型的硅酸盐玻璃。得到了极大的发展，如今e d f a 已经成为现代通信系统 的核心关键器件。围绕着增大光纤中e r 。的掺杂浓度，以石英为主要组分掺入 a 1 ：o t 和p ? o ；的研究成为近期硅基玻璃研究的主要方向。硅酸盐玻璃的缺点是在硅 勺具有宽带红外发射的掺铒玻璃的研究孙江亭 酸盐玻璃中掺杂e r 浓度增高时将由于离子团簇导致浓度猝灭，此外，硅酸盐玻 璃的熔炼温度较高，受到污染的程度较大。 硼酸盐玻璃是大部分稀土光学玻璃的基质( 声子能量约为1 5 0 0 c m l ) ，研究得 比较充分，是具有重要实用价值的一类特种光学玻璃，其最大特点是具有熔点低、 易制各、稀土离子的溶解度大等优点。e r ”和y b 共掺的硼酸赫玻璃中y b ”在9 8 0 n m 的吸收系数及其向e r 转移能量的速度都比较大，大于磷酸盐和硅酸盐的。但是 出于硼酸盐基质和e r “相互作用很强，使得e r 3 的发射寿命很短，使它不适合作 掺e r 激光玻璃的基质。 2 0 0 0 年同本的t a n a b e 首先报道了以重金属氧化铋为主要组分形成的铋酸盐 玻璃。在这种b i ：o 厂b ：0 ，一s i 0 ：的玻璃体系中e r 的1 j 4 m 发射半高宽达到7 5 n m 、 具有较大的发射截面并且化学性质稳定。这种硼硅酸盐玻璃中由于存在：b 0 0 和 ：b o 。：离子，这样使铒的分布无序度增加，导致非均匀线宽加宽。同时，加入的 重金属氧化铋由于其熔点高，而使玻璃具有极好的热稳定性。随后，香港的 s q ， e l a n 等人报道了在5 k 二0 - 7 0 b i 。0 - 2 5 g a ? 0 ，玻璃中得到e r 的1 5pm 发射半 高宽达到8 5 n m 。该玻璃具有良好的化学稳定性、宽的透明区域、高的折射率和 密度，是一种具有良好发展前景的基质材料”。 磷酸盐玻璃的声子能量较硼酸盐玻璃小，约为1 2 0 0 c m ，e r ”的2 i 。：能级的 协作上转换系数较低，e r 。在磷酸盐玻璃中受激发射截面较高、荧光寿命长、不 易发生荧光猝灭、上转换强度较弱，更为重要的是对e r 的溶解度较高，这些优 点使磷酸盐玻璃成为掺e r ”离子平面波导放大器的首选基原材料。现在已有许多 用磷酸盐玻璃制作光纤和平板波导器件的研究报道。目前的研究方向是提高磷酸 盐玻璃的玻璃转变温度、迸一步提高e r 离子的溶解度及其化学稳定性。 目前研究的较多的还有碲酸赫玻璃，这种玻璃具有很好的成玻能力、好的抗 析晶和耐潮湿的能力。其声子能量较小，约为7 8 0 c m 一，折射率大于1 9 ，稀土离 子在碲酸盐中的溶解度大于5 0 0 0 p p m 。这些优点使其成为掺e r 的较理想的基质 材料。1 9 9 7 年m o r i 和y a m a d a 首次分别报道了平坦增益大于7 0 h m ，覆盖1 5 3 0 h m 到1 6 0 0 n m 波长范围的掺e r 的t e o ：光纤，在1 4 8 0 n m 波长激光泵清下增益达到 5 0 d b 。但是与硅酸盐相比，碲酸盐的热稳定性仍然不够理想使得光纤的拉制比较 困难，此外，其本征的最小损耗不在1 j1 tm 波长。因此，现在掺r 碲酸盐玻璃 成为i j u1 1 1 宽带发射材料研究的热点已有商业化的掺e r 光纤放大器产品面世， 目前研究主要集中于通过改变组分提高热稳定性及使最小损耗波长减小“。 另外一种声子能量也很低的玻璃为锗酸盐玻璃( 声子能量为8 8 0 c m l ) ，这种 玻璃在红外部分同样具有很好的发射特性，而且该种玻璃的熔融温度很高具有 很好的热稳定性，在这点上要强于碲酸盐玻璃。但是，由于g e o ：本身造价很高， 对于应用于商业化来说，降低该种玻璃的成本是很必要的。 氟化物玻璃由于它的低声子能量和高上转换效率，使得它在上转换光纤激 光、光纤放大器和显示方面有着重要的应用。但是氟化物玻璃的机械强度、化学 稳定性及激光损伤阈值低，易损伤，易潮解。这些缺点制约了氟化物玻璃的应用， 中科院长春光学精密机械与物理研究所博士毕业生论文2 0 0 4 年 因此，结合了氟化物和氧化物玻璃优点的氟氧化物玻璃正成为氯化物玻璃研究发 展的方向。 _ 瓜 ( b ) 烈 a ! w - v e l 翱，i f e k 册 图1 - 3t h en o r m a l i z e da b s o r p t i o na n d e m i s s i o ns p e c t r a 掺铒微晶玻璃可能成为宽带发光的新材料。2 0 0 2 年卜k t i k h o m i r o y 等人报 ：童了一种在红外区域具有很宽发射的超透明氟氧化物玻璃陶瓷，其成分为 3 2 s i o ：- 4 5 a 11 0 、一3 1 5 c d f j - 1 8 5 p b f ：- 5 ，5 z a f 一一3 5 e r f ，、。这种玻璃在进行退火 匙理后，其半高全宽可达到7 5 n m ，寿命高于6 4 m s ，如图l 一3 所示。现在这种具 有很好的热稳定性和高的发光效率的氟氧化物玻璃已经引起了人们的极大关注 但由于其制作条件比较苛刻，因此，至今没有太好的报道结果。 以上报道的掺铒玻璃有些已经在现在的e d f a 上实际应用了，但由于他们部 存在着诸如热稳定性或化学稳定性不好等欢点，因此，寻援- - e e 发射带宽宽、化 学稳定性好的掺铒玻璃仍然是当前科研工作者们工作的重点之一。 1 3 掺铒光纤放大器面临的问题及本论文工作简介 当前，由于i n t e r n e t 技术的快速发展，使得人们对信息的需求前所未有的 强烈，导致信息流量的爆炸。为了解决由此形成的信息流通的瓶颈问题，急切要 求以密集波分复用( d w d m ) 为核心技术的光通信向实现更大传输带宽和更高传输 速率的目标发展。因此，虽然用于光通信的掺铒材料取得了很大的发展，但仍面 临着两个问题：一是实现更大带宽的l 5 jum 带发射( f w h m ) ，二是在带宽达到 白具有宽带红外发射的掺铒玻璃的研究孙江亭 要求的同时，获得热稳定性好、化学稳定性好的掺铒玻璃来代替现在所使用的石 英玻璃。 本论文的工作重点是寻找一种具有宽带发射，且具有良好的热稳定性和化学 稳定性的新型掺铒玻璃材料。首先以铋酸盐玻璃为研究对象对玻璃材料1 ju 巾 红外发射光谱的加宽机制进行了研究；其次，利用传统的高温熔融法分别制各了 一系列新型掺铒钝硼硅酸豁玻璃和镥硼硅酸盐玻璃，利用发光学的理论，对这两 种玻璃的各项性能参数进行了计算。讨论了组分对玻璃材料的1 jum 发射带宽、 受激发射截面和j u d d o f e lt 参数等的影响。最后，利用实验的方法分别确定丁 钆硼硅酸盐玻璃和镥硼硅酸盐玻璃体系的玻璃形成范围。根据差热分析的数据， 对这两类玻璃的热稳定性进行了讨论。 铒离子1 5 9 i n 是来自于4 1 1 3 , 2 4 i 耻能级的跃迂发射，这部分的发射光谱由 许多光谱成分组成，这些光谱成分分别来自4 i ms t a r k 劈裂能级向4 1 1 5 2 多重念 的跃迁，光谱成分的强度分布决定了1 5 9 i n 发射的带宽。因此，确定这些光谱 成分和了解它们对光谱加宽的贡献，将有助于我们找到更好的1 5 9 i n 宽带发射 材料。 a j h a 等人口j 对掺铒亚碲酸盐玻璃用v o i g t i a n 线形进行拟和后，得到了 15 9 r n 发射的光谱成分。他们虽讨论了能级之间电子的跃迁，但由于没有低温光 谱数据，没能准确确定各个光谱成分对应的电子跃迁的能级。a j h a 等人所用的 方法是纯粹的用计算机去拟和所测量得到的发射光谱，这种对光谱的分离忽视了 光谱的物理意义。在本论文中，首次采用传统的光谱加减法对3 0 0 k 和1l k 的发 射光谱进行处理后，将4 1 1 3 ，2 多重态中的高能态发射光谱成分和最低s t a r k 劈裂能 绒的发射光谱成分成功的分离开来。同时，对玻璃材料1 5g m 红外发射光谱的 加宽机制进行了研究。提出了一个等效四能级模型，并角此模型解释了e r 3 离子 4 1 1 3 口一4 i 5 ，2 辐射跃迁的线型及其变温特性。 测量吸收和受激发射截面是改进基质的依据之一，而受激发射截面( o - e ) 是 能否产生激光的重要参数，且以越大，越有利于出激光；e d f a 带宽特性可以月 f w h m 和风弦“的乘积的大小来衡量，表1 1 列出了目前所报道的一些玻璃及本 文所研究玻璃的f w h m 、以及f w h m o - e p “值；由表1 1 可以看出，本文所制 各的钆硼硅酸盐玻璃虽然f w h m 以”“不是最大，但大于已育报道的磷酸盐、 硅酸赫、锗酸盐破璃，且烧结温度达到1 4 5 0 ，经差热分析，该玻璃具有极好 的热稳定性和化学稳定性。f w h m 以p m 的值最大的是出j i a n h uy a n g 等人在 2 0 0 3 年报道的铋硼酸盐玻璃，但是这种玻璃的烧结温度仅为9 0 0 ，并且，含有 重金属铋的玻璃还存在着热致变色的缺点，和实际的应用还有一段差距。 4 中科院k 春光学精密机械与物理研究所博十毕业生论文2 0 0 4 年 嘭具有宽带红外发射的掺铒玻璃的研究孙江亭 参考文献： 1 r j m e a r s e ta 1 l o w - t h r e s h o l dt u n a b l ec wa n dq - s w i t c h e df i b e rl a s e r o p e r a t i n ga t1 5 5um e l e c t l e u 1 9 8 6 ( 2 2 ) ：15 9 1 6 0 2 c a m i l l a r e ta 1 l o w - t h r e s h o l dc w o p e r a t i o no fa ne r b i u m d o p e df i b e r l a s e rp u m p e da t8 0 7n m w a v e l e n g t h e l e c t l e t t 19 8 7 ( 2 3 ) ：8 6 5 8 6 7 【3 】l r e e k i e e ta 1 e l e c t ，l e f t 1 9 8 7 ( 2 3 ) ：1 0 7 4 m c b r i e r l e y e ta 1 e l e c t l e t t 1 9 8 7 ( 2 3 ) ：81 5 5 rl a p o r t a s l o n g h i e ta 1 a n a l y s i sa n dm o d e l i n go ft h ee r b i u m - y t t e r b i u m g l a s sl a s e no p t i c c o m m u 1 9 9 3 1 0 0 ：3 1 l - 3 2 1 6 p h i l i pm p e t e r s e ta 1 i o n - e x c h a n g e dw a v e g u i d el a s e r si ne r 3 + y b 卜c o d o p e d s i l i c a t eg l a s s a p p l o p t i c 19 9 9 ( 3 8 ) ：6 8 7 9 6 8 8 6 f - d a x i dl v e a s e y e t a 1 y b e r c o d o p e da n dy b d o p e dw a v e g u i d el a s e r si n p h o s p h a t eg l a s s j n o n c r ? 。s o l i d s ，2 0 0 0 2 6 3 & 2 6 4 ：3 6 9 3 8 1 8 pl a p o r t a s l o n g h i e ta 1 e r b i u m y t t e r b i u mm i n i a t u r i z e dl a s e rd e v i c e sf o r o p t i c a lc o m m u n i c a t i o n s s h e1 9 9 9 ( 3 6 2 2 ) ：8 1 9 1 9 e g e o r g i o u 0 m u s s e t e ta 1 h i g h - e f f i c i e n c ya n dh i g ho u t p u tp u l s ee n e r g y p e r f o r m a n c eo fad i o d e - p u m p e de r ：y b ：g l a s s1 5 4uml a s e r a p p l p h ) sb 2 0 0 0 ( 7 0 ) ：7 5 5 - 7 6 2 10 】j r a _ r r n i t a g e e ta 1 p r o c 8 “n a t l q u a m e l e c t c o n f s ta n d r e w s s o o t l a n d 19 8 7 【11 c a m i l l a r e ta 1 i e e e ，c o n f p u b l ，1 9 8 8 2 9 2 ：6 6 12 】e d e s u r v i r ee ta 1 h i g h - g a i ne r b i u m d o p e dt r a v e l i n gw a v ef i b e ra m p l i f i e r o p t l e f t 1 9 8 7 ( 1 2 ) ：8 8 8 13 r j m i l l a re ta 1 l o v , r n o i s ee r b i u m d o p e df i b e ra m p l i f i e ro p e r a t i o na t1 5 4um 1 6 中科院睦春光学精密机械与物理研究所博士毕业生论文2 0 0 4 年 e l e c t l e t t 1 9 8 7 ，2 3 ：1 0 2 6 1 0 2 8 【1 4 】j t w h i t l e y e ta 1 i e e c o n f p u b l 1 9 8 8 ，2 9 2 ：6 6 。 1 5 m j p e t t i t t e ta 1 s y s t e mp e r f o r m a n c eo fo p t i c a lf i b e rp r e a m p l i f i e r e l e c t l e f t 19 8 9 ( 2 5 ) ：2 7 3 2 7 5 16 】m j p e t t i t t e ta l 。c r o s s t a l ki ne r b i u md o p e df i b e ra m p l i f i e r s e l e c t l e t t 1 9 8 9 ( 2 5 ) ：4 1 7 17 】k i n o u e e ta 1 m u t u a ls i g n a lg a i ns a t u r a t i o ni ne r 3 + 一d o p e df i b e ra m p l i f i e r a r o u n d1 5 4um w a v e l e n g t h e l e c t l e t t 1 9 8 9 ( 2 5 ) ：5 9 4 5 9 5 18 】p a u l k l l v e r le ta 1 d e s i g na n df a b r i c a t i o no fe r b i u m d o p e df i b e r sf o ro p t i c a l a m p l i f i e r s o p t e n g 2 0 0 0 ( 3 9 ) ：1 9 4 3 1 9 5 0 19 st a n a b e ，ns u g i m o t o ，si t o ，e ta lb r o a d b a n d1 5 t t me m i s s i o no fe ，i o n si n b i s m u t h b a s e do x i d e g l a s s e s f o r p o t e n t i a lw d ma m p l i f i e r j j o u r n a lo f l u m i n e s c e n c e ，2 0 0 0 8 7 - 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