含主族金属Bi离子组分的Bi2O3-(Ge/Si)O2体系单晶体近红外宽带发光研究

近年来，Bi离子掺杂玻璃光纤在1000～1700nm红外波段获得激光输出，受到国内外的广泛关注。单晶的有序结构特征可以为激活离子提供更高效率的发光环境，但对Bi离子掺杂的单晶红外发光的报道较少，且至今未有Bi离子掺杂单晶红外激光输出的报道。.最近，项目申请人初步在掺异价阳离子（W6+、Mo6+）的BGO晶体中发现了红外发光现象：中心波长为1500nm（FWHM=200nm），寿命为375μs，发射带的半高宽是掺Er磷酸盐玻璃的近5倍。本项目拟选择Bi2O3-(Ge/Si)O2体系的锗酸铋（Bi4Ge3O12、Bi12GeO20）和硅酸铋（Bi4Si3O12、Bi12SiO20）晶体作为基质：通过共掺异价阳离子（W6+、Mo6+）、后退火处理和辐照等途径，开展主族离子Bi在以上单晶中价态转变、自激活红外发光效应和发光机理的研究，确定红外发光的起源和光致发光的机制，并力争实现激光输出。

Bi离子掺杂玻璃光纤获得红外波段激光输出受到国内外的广泛关注，但相关研究主要集中在玻璃或光纤。本项目系统研究了下降法生长的淡红色Bi4Ge3O12单晶的近红外发光强度、衰减时间与温度的关系，以及UV辐照对发光性能的影响。通过对比分析Mo6+离子掺杂、不同气氛退火（Ar气、空气、N2、H2）、γ-ray辐照等处理对Bi12GeO20单晶发光性能的影响，得出近红外发光来源于低价Bi离子。此外，在800 nm LD激发下，首次获得了Bi2O3-GeO2体系单晶位于1700-3020 nm波段的宽带中红外发光，研究表明宽带荧光效应归因于Bi离子团簇。相关研究成果在SCI期刊上发表论文6篇，EI期刊上发表论文1篇，申请发明专利3项。