铒镱共掺铋磷酸盐玻璃光谱性能的研究

然后利用最小二乘法根据公式
( K)
K= 2, 4, 6
E
8 KU (JJ c) = SJJ c拟合
( K)
出参数 8 2, 8 4, 8 6, 其中 U (JJ c) 为约化矩阵元。将拟合数 据与别的基质的铒玻璃进行了比较, 其结果见表 2 。
Tab le 2 base m aterials 8 2 /10 sil icate glass phosphate g lass fluorine phosphate glass borate g lass ger m an iu m glass tellu rate glass b ismu th glass b ismu th phosphate glass Parameters of Judd-O felt theory
, 薛汇丽 , 徐
1
伟 , 谢秋香
2
2
( 1. 长春理工大学 , 长春 130022; 2. 西南技术物理研究所 , 成都 610041) 摘要 : 基于光通信技术发展 对光放大器材料的带宽要求 , 研 究了掺铒铋 磷酸盐玻 璃的结 构、 熔 制性能 , 以及 其光谱 性能 , 并且用 Judd-O fe lt理论进行了光 谱计 算分 析。得到 了一种 以铋 磷酸盐 为基 质的 光放 大器 玻璃 材料 , 其 折射 率为 1. 778, 荧光半峰全宽为 54nm, 发射截面为 0. 61 @ 10- 20 cm 2, 其荧光寿命达 到了 8m s。结果表明 , 铒镱共 掺铋磷酸 盐玻璃 是一种良好的宽带放大 器材料。 关键词 : 材料 ; 铋磷酸盐 ; Judd-O felt理 论 ; 铒镱共掺 中图分类号 : TQ 171 . 73+ 5 文献标识码 : A
3
3
A( M ) dM , 其中 m , e, c 分别为电子的质量、 电子 Q
e 3+
的电荷和光速; N 0 为单位体积内 E r 的浓度; l 为样品 厚度 ( cm ); A( M )为玻璃样品在波数 M 上的吸收系数。 ed 再 由 电 偶 极 跃 迁 的 阵 子 强 度 表 达 式 f cal =
2 测
3
试
玻璃密 度的测 试采用 排水法 , 根 据公式 d = m / V ( g / cm ) , 其中 d 为玻璃密度 , m 为玻璃的质量, V 为 玻璃排开水 的体积; 折 射率的测试采 用 V 棱镜 法测 试 , 光源采用的 是钠光 灯; 铒离子 浓度 计算 公式 为: N 0 = d /M x @m @ 6 . 02 @ 10 , 其中 N 0 为单位体积内铒
引
言
掺铒光纤放大器 ( erb ium doped fib er am plif ie r , ED-
理想的基质材料。但是 , 由于碲酸盐玻璃较差的热稳 定性、 严重的上转换以及其原料的价格昂贵等缺点 , 限 制了其在实际生产中的应用。所以, 自从日本 NTT 公 司报道了用铋酸盐玻璃制备成了光放大器材料后, 人 们对这类玻璃进行了大量的研究。铋酸盐玻璃本身有 许多优点, 可以有很大带宽、 形成的玻璃声子能量低、 价格便宜, 形成的玻璃化学稳定性好等优点。作者结 合磷酸盐玻璃稀土溶解度大, 成本低以及铋酸盐的一 [ 1~ 3] 些特点 , 对掺铒铋磷酸盐玻璃进行了研究 。
5 . 64 3 . 89 2 . 91 3 .9 11 . 49 6 . 23 3 . 86 11 .1
3 . 2 吸收光谱测试 掺铒铋磷酸盐玻璃的波长与吸收系数的关系如图 1 所示, 从吸收光谱图中可以知道 , 铒离子在 300nm ~
从实验可以知道 , 铋磷酸盐玻璃的各个 Judd -O felt 参数都接近于锗酸盐玻璃, 比纯的铋酸盐玻璃和磷酸 盐玻璃都大。研究表明 , 在氧化物玻璃中 , 8 2 受玻璃
作 者简 介 : 曾 彬 ( 1979-) , 男 , 硕 士研 究生 , 主 要从 事无
1 实
验
选 用 的 基 质 配 方 为 60 % P2 O5-20 % Bi % 2 O3-10 ( mA l F3 ) -10% X2 O, 由于氧化铋具有很强的还 2 O3 + nA l 原性能, 且氧化物质的声子能量很高, 所以原料选用了一 定的方式引入, 这样来控制其原料的氧化还原气氛。 将 100g 的玻璃原料称好, 混合均匀, 放入 100mL 的刚玉 坩埚 中, 将 硅碳 棒电 炉升 温 至 1400e , 保 温 30m in , 待原料全部熔化完之后 , 通入 O2 和 CC l4 的混 合气体共 4h , 然后降温至 1150e 将玻璃液倒出至事先 预热的模具当中 , 放入 500e 马福炉中。马福炉温度
第 31 卷
第 4期
2007 年 8月
激 光 技 术 LASER TECHNOLOGY
Vo. l 31, N o . 4 A ugust , 2007
文章编号 :
1001- 3806( 2007) 04- 0348 - 03
铒镱共掺铋磷酸盐玻璃光谱性能的研究
曾 彬 , 官周国 , 吕景文
1 2 1 *
F ig. 1 A bsorp tion sp ectrum of erb ium doped b ismu th phosphate glass
基质中稀土离子的非对称性的影响较大 , 而 8 4, 8 6 主 要与配位体和稀土离子之间的共价度成反比。共价性 越弱, 8 6 越大, 共价性越强 , 8 6 越小。 在本文中的 8 2 值很大, 主 要因为氧化铋 在一定 的条件下可以形成玻璃生成体, 从而与磷酸盐形成一 种混合形成体; 另外玻璃中的气氛导致部分氧化铋被 还原, 从而形成一种掺杂离子, 在玻璃形成体空隙中与 铒离子、 镱离子形成共掺的形式。由于这两种原因导 致所测试的铋磷酸盐玻璃的 8 2 偏大。而 8 6 的值比 磷酸盐玻璃大很多, 主要是因为在进行玻璃原料的引 入时, 引进了 F , 从而部分改变了 E r) O 之间的作用
2 2 8 P m e cM 1 ( n + 2) @ S JJ c, 计算出吸收强度 SJJ c , 3h ( 2J + 1) n 9 2
3 结果与讨论
3 . 1 物理性能 掺铒铋磷酸盐玻璃的密度、 折射率以及稀土离子 的掺杂浓度其测试结果如表 1所示。
T ab le 1 Physical p roperties of er b iu m doped b ismu th phosphate glass refract ive index 1. 778 concentrat ion of erb ium / ( un it# cm - 3 ) 2. 172 @ 1020 propert ies d ensity / ( g# cm - 3 ) resu lt 3 . 45
机功能材料的研究。 * 通讯联系人。 Em a i: l lj w cc @ 126. com 收稿日期 : 2006- 05 - 15; 收到修改稿日期 : 2006- 06 - 05
第 31 卷
第 4期
曾
彬
铒镱共掺铋磷酸盐玻璃光谱性能的研究
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从 500e 开始, 以每小时 10e 降温至室温。取出后经 过切割、 研磨、 抛光, 加工成 10mm @ 5mm @ 2mm 的尺 寸进行测试分析。
Study on the spectral properties of erbium ytterbium co -doped bis muth phosphate glass
ZENG B in , GUAN Zhou-guo , L B J ingw en , X UE H u i -li , XU W ei , X IE Q iu-x iang
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Fig . 2 E nergy level of erb iu m doped b is m uth phosphate glass
首先根据由吸收光谱确定出跃迁振子的强度为 f exp = mec 2 Pe N 0
2Leabharlann Baidu
离子的浓度 ( ions/ cm ) , d 为样品的密度 ( g / cm ), M x 为样品的平均分子量 , m 为稀土离子的摩尔浓度 ; 样品 的吸收光谱采用的是 L ambda 900 UV /V IS /N I R Spec trom eter 测定, 用 Coheren t Fap System 980nm 半导体激 光作为激发源 , ADVNTEST Q83344A optica l Spectrum Analyzer测定玻璃的荧光光谱。
1 2 1 1 2 2
( 1. Chang chun U n iversity of Sc ience and T echnology , Changchun 130022, Ch ina ; 2. Southw est Institute of T echn ica l Physics , Chengdu 610041 , Ch ina) Abstrac t : B ecause of the need fo r broad bandw idth o f opticalm a teria ls w ith the deve lopm ent of optica l comm un ication, the spectra l prope rties , the fusion prope rties and the struc ture o f erb ium doped b ism uth phosphate g lass w ere stud ied, and the spectrum w as ca lculated based on the Judd-O fe lt theo ry . A su itab le ma teria l fo r op tica l a m plifiers was obta inedw ith re frac tive index o f 1. 778, half of the fluorescence w idth o f 54nm, the e m ission cross section of 0. 6 @ 10- 20 c m 2 and the fluo rescence life ti m e of 8m s. T he results show tha t erb ium ytterb ium co -doped b ism uth phosphate g lass is a good ma teria l fo r bro ad bandw idth amp lifiers . K ey word s : m ate rials ; bismuth pho sphate ; Judd-O fe lt theory ; e rbium ytterb ium co -doped
FA )是光纤通信发展史上的重要发明之一。这项技术 不仅使限制光纤传输距离的重要因素 ) ) ) 光传输信号 能量损耗得到解决, 而且极大地增加了光通信的容量。 但是, 目前使用的掺铒石英光纤放大器由于其使用的 增益带宽只在 C 波段 ( 1530nm ~ 1565n m ) , 增益带宽 较窄 (约 35nm ) , 仅覆盖石英单模光纤低损耗窗口的 一部分 , 严重制约了光纤固有能够容纳的波长信道数。 因此 L波段材料的研制, 就成为了当今研究的主要方 向。 L 波长 EDFA 可有效增加信号放大带宽 , 传输大 约在 1570n m ~ 1605n m。目前人们获得了掺铒碲酸盐 玻璃, 在 1 . 54Lm 荧光半峰全宽达 70n m, 被认为是提 高密集波分复用的 1 . 54Lm 放大波段传输容量的较为
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cm 2 8 4 / 10- 20 c m 2 8 6 / 10- 20 cm 2 reference 1. 13 1. 01 1. 63 1. 84 3. 96 1. 90 1. 52 2. 25 1 . 56 0 . 55 1 . 26 1 . 46 1 . 89 1 . 11 1 . 17 1 . 55 [ 4] [ 6] [ 6] [ 7] [ 8] [ 9] [ 10] th is text