掺铋材料制备及其近红外发光机理与荧光增强研究

论文摘要

自从2001年日本学者Fujimoto等首次报道铋（Bismuth）掺杂硅铝酸盐玻璃的近红外（NIR）宽带发光以来，对铋掺杂材料超宽带近红外发光现象的研究已经成为当前的热点课题。但在其研究过程中，两个问题制约了掺铋材料的进一步研究和应用：（1）铋的近红外发光机理并不明确，至今未达成一致的结论。（2）铋的近红外荧光强度很弱，制约了掺铋材料的进一步应用。因此，研究铋的近红外发光机理，以及增强铋的发光强度，成为掺铋材料研究领域急需解决的问题。本论文以研究Bi掺杂材料的近红外发光机理及增强其发光强度为课题。在基质选择、激发波长、玻璃成份和共掺剂等对Bi掺杂材料的光谱性能研究结果的基础上，提出了Bi掺杂材料的近红外发光机理。并且利用稀土离子镱离子（Yb3+）的共掺敏化，有效地增强了Bi掺杂玻璃的荧光性能。文章主要研究了：（1）通过研究硅酸盐玻璃中碱土金属离子（Mg2+、Ca2+、Ba2+）、还原剂（Si粉）、氧化剂（CeO2、Nb2O5）对铋各种发光性能的影响，并利用光学碱度等理论对一些现象进行了分析，推论出铋的近红外发光来源于低价铋离子，最有可能是Bi+。（2）LAS（Li2O-Al2O3-SiO2）系玻璃陶瓷形成过程中适当的温度处理会增强铋的近红外发光强度和最大值半高宽（FWHM）。结合光学碱度理论可以解释铋的近红外发光强度变化与热处理温度之间的关系，进而可进一步证实铋的近红外活性粒子来源于低价（Bi+）。（3）在硅酸盐玻璃体系中研究了低浓度Bi（0.1mol%）与Yb3+之间的能量传递，实验证明Yb/Bi处在最佳浓度比20:1时，能量传递效率最高可达68.2%，这为以后在光纤中通过Yb/Bi能量传递提高铋的发光效率提供了一定的研究依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 光纤通信技术的发展历程
• 1.2 光放大器
• 1.3 超宽带新型光纤放大材料
• 2 实验过程与理论计算
• 2.1 实验过程
• 2.2 理论计算
• 2.3 光学碱度理论
• 2.4 本章小结
• 3 铋掺杂材料近红外发光机理研究
• 3.1 引言
• 3.2 碱土金属氧化物对近红外发光中心的影响
• 3.3 还原剂对近红外发光中心的影响
• 3.4 氧化剂对近红外发光中心的影响
• 3.5 玻璃陶瓷中关于铋发光机理的研究
• 3.6 本章小结
• 4 硅酸盐玻璃中铋的近红外荧光增强研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间发表论文目录