提高掺铒碲酸盐玻璃中Er3+ 4I11/2-4I13/2 弛豫速率的研究

掺铒碲酸盐玻璃具有宽的1.5μm发射带和大的受激发射截面，是宽带通信光放大用介质材料之一。但由于声子能量低，在980nm泵浦下Er3+ 4I11/2 向4I13/2 能级的无辐射弛豫速率低，不利于4I13/2 能级的快速布局，影响光泵浦效率。提高弛豫速率是掺铒碲酸盐玻璃用于光放大研究的重要课题。考虑到P-O键合适的振动能和Er3+、Ln3+（Ln3+=Tb3+，Eu3+，Ce3+）间的能量匹配，本申请提出在掺铒碲酸盐玻璃中引入P2O5和Ln3+通过声子能量调控和能量传递共同作用，有效提高Er3+ 的4I11/2 -4I13/2无辐射弛豫速率。利用多声子弛豫、能量传递原理，结合红外及上转换光谱数据分析，系统研究Er3+ 的4I11/2 -4I13/2无辐射弛豫速率与基质声子能量、Ln3+和P2O5掺杂浓度的关系规律，获得清晰的物理图象，为设计和获得宽带通信光放大用介质材料提供物理和实验基础。

本项目主要针对掺铒碲酸盐玻璃在光放大应用中，Er3+ 4I11/2 能级向4I13/2 能级的无辐射弛豫速率低的现状，开展了提高该无辐射弛豫速率的研究。. 首先，制备了多系列掺铒和Ln3+的碲磷玻璃。包括：(99.5-x-y)TeO2xLi2OyP2O5 0.5Er2O3，65TeO223Li2O12P2O5 xLn2O30.5Er2O3 Ln包括Ce3+，Eu3+，Tb3+，Yb3+等。通过光谱测量分析，获得了不同组分玻璃Er3+ 的4I11/2 4I13/2无辐射弛豫速率和1.53μm发射的量效率。. 对于 TeO2-Li2O- P2O5：Er3+玻璃，合理调节Li2O，P2O5含量，获得1.5μm发射带宽很宽的样品。基于前期工作，1.5μm 同 0.98μm发射强度比值α与1.5μm寿命τ1的比值α/ τ1可以在一定程度上反映出Er3+ 4I11/2-4I13/2无辐射弛豫速率。该体系1.5μm 同 0.98μm发射强度比（α）随P2O5，Li2O含量增加而变大。P2O5含量在12 mol%左右，同时Li2O含量在20-25 mol%的样品中Er3+1.5μm荧光寿命长，4I11/2-4I13/2无辐射弛豫也快，是比较好的光纤放大器基质材料。因此选取了23Li12P这种组分玻璃开展了引入其它稀土离子利用能量传递来进一步提高玻璃中Er3+ 4I11/2-4I13/2无辐射弛豫。. 我们发现Eu3+，Tb3+的引入虽然对Er3+ 的4I11/2 4I13/2无辐射弛豫速率有增强，但对1.53μm发射的寿命有强的负面影响，这与我们最终的目的不符。对于Ce3+引入的玻璃体系进行研究表明，Ce3+的引入对Er3+ 的4I11/2 4I13/2无辐射弛豫速率有一定的增强，且对1.53μm发射的寿命影响较小，对Ce3+引入的掺Er3+的碲酸盐玻璃深入研究工作，得到较好性能的 65TeO2-23Li2O-12P2O5：2Ce3+，1Er3+ 这种组分玻璃，玻璃中Er3+ 4I11/2-4I13/2无辐射弛豫较快，同时具有高的1.5μm发射效率，可以提高放大器性能，与我们前期工作相比玻璃中Er3+ 4I11/2-4I13/2无辐射弛豫提高了2倍以上。发表通讯作者论文2篇，其他论文多篇，基本完成了我们项目目标。