(Yb3+,Tm3+,Ho3+)摻雜YAG單晶光纖制備及其上轉(zhuǎn)換特性研究.pdf

1、稀土離子由于具有獨(dú)特的4f電子層結(jié)構(gòu)和豐富的能級而成為研究的熱點(diǎn)，將稀土離子摻雜在一定的基質(zhì)材料中即可得到上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在上轉(zhuǎn)換激光器、激光防偽、三維立體顯示、光學(xué)溫度傳感器、染料敏化太陽能電池以及生物標(biāo)記和醫(yī)學(xué)診斷等方面有廣闊的應(yīng)用前景。本實(shí)驗(yàn)通過激光加熱基座法(LHGP)成功的制備了質(zhì)量較好的5種摻雜型YAG單晶光纖，分別標(biāo)記為樣品1＃5.0％ Yb3+/1.0％ Tm3+∶ YAG單晶光纖、樣品2#5.0％ Yb3

2、+/0.5％ Ho3+∶YAG單晶光纖、樣品3#5.0％ Yb3+/1.0％ Tm3+/0.2％ Ho3+∶ YAG單晶光纖、樣品4#5.0％ Yb3+/1.0％ Tm3+/0.25％ Ho3+∶ YAG單晶光纖和5#5.0％ Yb3+/1.0％ Tm3+/0.5％Ho3+∶ YAG單晶光纖，這些單晶光纖的直徑大約在300μm～1100μm之間，長度在2mm～45mm之間，YAG單晶有許多優(yōu)點(diǎn)，如熔點(diǎn)高、物理和化學(xué)性能好，同時光纖具有波

3、導(dǎo)的特性、光束方向好和損耗小等，因此YAG是一個很受歡迎的基質(zhì)材料，具體的研究結(jié)果如下:
　　(1)通過測量樣品1#和2#的吸收光譜，發(fā)現(xiàn)它們在980nm附近有很大的吸收，這主要是由于Yb3+離子從基態(tài)2F7/2躍遷至激發(fā)態(tài)2F5/2的結(jié)果，因此Yb3+離子常常作為敏化劑，將吸收的能量傳遞給其他發(fā)光離子。這也是本實(shí)驗(yàn)采用974nm激光器作為泵浦光的主要原因。
　　(2)通過測量樣品1#和2#的上轉(zhuǎn)換光譜測試，常溫下在974n

4、m的激光泵浦的激發(fā)下，樣品1#在可見光部分發(fā)出較強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換藍(lán)光和較弱的上轉(zhuǎn)換紅光輻射，對應(yīng)有三個峰，波長為486nm（藍(lán)光）、650nm和680nm（紅光）附近，分別對應(yīng)于Tm3+離子的1G4→3H6(486nm)、1G4→3F4(650nm)和3F2,3→3H6(680nm)能級躍遷;樣品2#出現(xiàn)較弱的上轉(zhuǎn)換綠光(550nm)和較強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換紅光（667nm）輻射，分別對應(yīng)于Ho3+離子的5F4，5S2→5I8(550nm)和5F5→5

5、I8(667nm)能級躍遷。
　　(3)通過上轉(zhuǎn)換功率曲線測試，由于樣品1#和2#中Tm3+和Ho3+相關(guān)能級都達(dá)到了飽和，因此斜率都接近1，我們推測可能是由于實(shí)驗(yàn)材料很細(xì)，可能跟基質(zhì)有關(guān)等，使其很容易達(dá)到飽和，由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，過低的激光功率將導(dǎo)致光譜儀噪聲太大從而實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)無法得到。
　　(4)研究三摻雜的Yb3+/Tm3+/Ho3+∶YAG單晶光纖上轉(zhuǎn)換光譜，通過測量在974nm的泵浦光的激發(fā)下樣品3#、4#和5#的上

6、轉(zhuǎn)換熒光光譜，研究發(fā)現(xiàn)隨著Ho3+離子濃度的增加，藍(lán)光的輻射明顯減少。但是不管如何改變Ho3+的摻雜濃度，綠光的強(qiáng)度還是過低，導(dǎo)致得不到質(zhì)量很好的白光源，為了很好的理解三摻雜YAG單晶光纖的發(fā)光現(xiàn)象，我們對其發(fā)光機(jī)制進(jìn)行了理論上的分析。
　　(5)通過對樣品1#熒光溫度特性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在974nm激光的泵浦下682nm(3F2,3→3H6)和780nm(3H4→3H6)屬于一對熱耦合能級，通過擬合熒光強(qiáng)度比與溫度的具體表達(dá)式，得