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SiO2-Bi2O3-BaF2-AlPO4玻璃掺杂Ho3+、Tm3+、Yb3+的发光性能

更新时间:2009-03-28

20世纪以来,激光是继原子能、计算机后的又一重要发明。1960年, Maiman制造了首台红宝石固态激光器[1],提出了新的激光运用途径。激光器按照工作介质主要分成3类:固体激光器(包括光纤激光器、半导体激光器这类独立命名的激光器[2])、液体激光器和气体及蒸汽激光器等。光纤激光器是一种以掺杂稀土离子的红外玻璃作为增益介质的新型激光器,具有寿命长、体积小、价格低廉、功率大等特点,有利于在市场上推广应用。

首先,很多学校由于师资力量的匮乏,导致没有专门的道德与法治教师,这门课程多是由其他科目的教师兼任。但是教师由于缺乏专业的法律常识,只能是依照教材内容进行讲授,不能够深入分析相关案例并普及相关法律知识,导致学生的法治观念薄弱,不利于其综合发展。其次,很多学校的教材内容过于陈旧,案例不够典型,很难真正起到提高学生道德与法治意识的作用,导致学生的成长受阻。

本文研究稀土掺杂玻璃光纤,即光纤激光器中的激光工作物质。近 20 年来稀土光纤玻璃发展迅猛,目前在光纤玻璃中研究较广泛的稀土离子有铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、钬(Ho)等。

医疗上最常用的激光波长是诊断成像常用的1.3 μm和外科手术中1.5~4 μm的吸收波长。水分子中O—H键的振动吸收波长为 1.94 μm,与激光波长(2 μm)吻合[3],因此水吸收2 μm的激光波长后能发生剧烈的汽化切割效应。此外,波长为2 μm的激光对组织具有穿透深度浅、创伤小、人眼安全等优点,可有效用于外科手术。在医疗应用中,波长为2 μm的光纤激光器引发研究热潮。本文研究了波长为2 μm的光纤激光器中的激光工作介质红外发光玻璃。1988年Hanan等[4]首次在掺Tm3+石英光纤中成功获得近2 μm激光,开启了2 μm激光器的研究时代。稀土掺杂的石英玻璃成功实现2 μm激光输出,但缺点是声子能量高、稀土离子的溶解度低,导致激光效率及增益效应较低,限制了石英光纤小型化制备和实际应用。而氟化物玻璃容易析晶,锗酸盐、碲酸盐制备成本高,实际推广难度较大等原因,使硅酸盐光纤玻璃成为研究热点。

为了解决硅酸盐玻璃声子能量高、稀土掺杂浓度低、增益效应低等问题,国内外的学者不断地研究硅酸盐玻璃基质的多元化。2012年,黄丽丽等[5]研制掺杂Yb3+、Tm3+、Ho3+3种稀土离子的铋硅酸盐玻璃,证实Ho3+的发射截面σem=5.3×10-21 cm2σemτ=7.049×10-24 cm2·s;2013年,Li等[6]研制Tm3+、Ho3+共掺含铝硅酸盐玻璃,证实Ho3+σem=3.0×10-21 cm2,Tm3+→Ho3+的能量传递系数高达 15.59×10-40 cm6/s;2015年,Liu等[7]报道了掺杂Er3+、Ho3+ 的硅磷酸盐玻璃可在808 nm或 1 550 nm 泵浦光波长下,在掺杂3%(摩尔分数,余同)Ho2O3时Tm3+→Ho3+的能量传递系数为2.18×10-40 cm6/s,Er3+:4I13/2→Ho3+:5I7能量传递达 93.8%。

本文采用熔融法研制了铋硅酸盐玻璃,确定最佳基质并计算和分析了980 nm激发波长下Ho3+、Yb3+或Ho3+、Tm3+、Yb3+掺杂的铋硅酸盐玻璃,在2 μm波段的光谱性能以及Judd-Oflet理论光谱参数。

1 实验部分

根据玻璃配方SiO2-Bi2O3-AlPO4-BaF2制备玻璃样品,50SiO2-nBi2O3-mBaF2-(50-n-m)AlPO4(系数表示对应物质的摩尔分数,下同;n为40,37.5,37.5,35,35;m为5,0,12.5,5,10,编号依次为B1,B2,B3,B4,B5)。掺杂不同摩尔分数的稀土离子制成样品:50SiO2-40Bi2O3-5BaF2-5AlPO4-0.5Ho2O3-2.0Yb2O3(SBBA-HY)、50SiO2-40Bi2O3-5BaF2-5AlPO4-0.5Ho2O3-0.5Tm2O3-2.0Yb2O3(SBBA-0.5HTY)以及50SiO2-40Bi2O3-5BaF2-5AlPO4-0.75Ho2O3-0.75Tm2O3-3.0Yb2O3(SBBA-0.75HTY)。分别按化学计量比称取原料SiO2,Bi2O3,BaF2,AlPO4,Ho2O3,Tm2O3,Yb2O3(所有的原料均为分析纯)。均匀混合后在 1 000~1 100 ℃下熔融,然后将玻璃液快速浇入已经预热的模具中,选择合适的退火温度,保温3 h。

玻璃密度采用阿基米德排水法测得;折射率采用V棱镜法测定;热分析数据根据差热分析法(DTA, Differential Thermal Analysis),采用瑞士METTLER TOLEDO公司TGA/SDTA851型热重分析仪测定,升温速率为10 ℃/min;玻璃结构采用拉曼光谱分析,测试范围0~1 500 nm,采用英国RENISHAW公司的Renishaw inVia激光显微拉曼光谱仪测试;红外吸收光谱测量范围400~2 200 nm,采用美国VARIAN公司CARY-500型紫外可见近红外分光光度计测定;荧光光谱测试波段为 1 400~2 300 nm,采用ZOLIX公司Omni-λ500型荧光光谱仪记录。所有的测试都在室温下进行操作。

2 结果与讨论

2.1 玻璃形成区

在稳定的SiO2-Bi2O3玻璃体系中,SiO2摩尔分数最少为 48.5%。由于SiO2声子能量较高(1 100 cm-1),且如果SiO2含量较高,容易使稀土离子发生浓度淬灭,因此固定SiO2摩尔分数为50%。

SiO2是玻璃形成体,Bi2O3是条件玻璃形成体。Zachariasen玻璃形成规则[8]指出,在常规玻璃中氧配位数为2,但实际上Bi2O3玻璃中氧配位数为3或4, Bi—O 键长(2.2~2.8×10-10 m)比SiO2、B2O3等常见玻璃形成体键长(1.35~1.65×10-10 m)更长,虽然氧配位数增多,但不会因为 Bi—O 间距太小产生大的静电排斥力而破坏玻璃稳定性[9]。同时Bi3+ 的6s2电子能可以抵消部分正电荷间产生的静电排斥力[9],提高玻璃网络稳定性,使Bi2O3可以作为玻璃形成体。硅酸盐玻璃中引入Bi2O3可增大玻璃中稀土离子掺杂含量,降低实际烧结温度。

图1所示是玻璃基质SiO2-Bi2O3-BaF2-AlPO4的形成区。由图1可知,SiO2摩尔分数固定为50%,Bi2O3-BaF2-AlPO4形成区靠近Bi2O3的高浓度区域,其中AlPO4的摩尔分数不超过20%,与硅酸盐[10]中一致。在硅酸盐中AlPO4的溶解度比Al2O3更高,且适当引入可以提高掺杂的稀土离子浓度,Al3+一般位于稳定的AlPO4结构中而非Si—O四面体结构[11],对玻璃结构影响较小。

玻璃烧制过程中易混入水分子,产生的—OH会大大削弱玻璃样品的发光性能和量子效率。—OH 在 2.24 μm左右存在光吸收现象,2.24 μm处的吸收与本文研究的Ho3+:5I7在2 μm附近的发光相近。引入少量氟化物可以除去玻璃中的水分,同时降低烧结温度、声子能量以及色散现象,因此在该玻璃配方中选择加入BaF2。引入BaF2还能降低玻璃折射率,因为折射率过高会增大稀土离子自辐射几率A,导致荧光寿命τ减少。BaF2可以调节样品中由于Bi2O3含量过高而导致的高折射率问题。

  

图1 x=50% SiO2的Bi2O3-AlPO4-BaF2玻璃形成区Fig.1 Glass formation regions of Bi2O3-AlPO4-BaF2 with 50% SiO2

2.2 玻璃物理性能

对比玻璃的实际成玻性能和热稳定性,玻璃基质B1性能最优,虽然其ΔT低于常规硅酸盐玻璃的ΔT (200 ℃),但高于铋酸盐(117 ℃)[17]、氟化物(76 ℃)[18]、氟磷酸盐(85 ℃)[19],不易析晶,热性能更稳定,是一种性能优异的光学玻璃基质替代材料。

B1~B5样品折射率(n)范围 1.90~2.23,是高折射率光学玻璃。当玻璃基质配方为50SiO2-40Bi2O3-5BaF2-5AlPO4时,玻璃折射率最低为 1.995。研究表明BaF2含量与玻璃折射率不是线性关系,而是存在一个转折点,当BaF2摩尔分数超过5%时,折射率下降趋势减缓[12]

5个玻璃样品的差热分析如图2所示,主要热性能参数见表2。B1~B5玻璃转变温度(Tg)和软化点温度(Tf)分别位于460~480 ℃ 和503~508 ℃,两者温差为30~40 ℃。开始析晶温度(Tx)为584~612 ℃,玻璃的热稳定性参数ΔTT=Tx-Tg)[13]均大于100 ℃。

由于Bi2O3本身熔融温度低,且加入了助熔剂AlPO4和BaF2,使玻璃烧结温度降低,B1~B5玻璃样品的玻璃化转变温度(Tg)和熔融温度(1 000~1 100 ℃)比一般硅酸盐玻璃的相应值更低,例如硅铝酸盐[6]Tg为586 ℃,熔融温度为1 450 ℃。

 

1 玻璃基质的物理性能Table 1 Physical properties of glass matrixes

  

Samplesρ/(g·cm-3)Vickershardness/105PanB16.1433.5251.995B25.9873.5612.229B36.0193.5942.128B45.9193.5832.198B55.8983.8122.083

  

图2 升温速率10 ℃/min 时B1~B5玻璃的差热分析Fig.2 DTA profile of prepared B1~B5 glass at heating rate 10 ℃/min

ΔT是玻璃制备中表征热稳定性的参数。光纤拉制是一个二次加热的过程,参数ΔT数值越大,表明热稳定性越好,并可有效减少玻璃析晶和散射损耗,提高光纤能量传输和发光质量。当ΔT>120 ℃时,就认为光纤拉制过程中的析晶现象急剧减少[14]。其中B1、B3和B5的ΔT>120 ℃,热稳定性较好。如表2所示,玻璃基质中BaF2浓度增加,会增大ΔT值和析晶峰峰位Tp。按照Bansal等[15]修正的Kissinger非等温过程玻璃析晶判定法,Tp值越大,则析晶活化能越大,热稳定性越好,则B1、B3和B5越不容易出现析晶,但BaF2含量过高,F- 会部分取代O2-进入玻璃网络,起断网作用,破坏玻璃结构。B3、B5实际烧制成玻性较差。在硅磷酸盐玻璃中,AlPO4析晶温度在650~800 ℃,分2次以不同晶相析出[16]。由于铋硅酸盐温度参数较硅磷酸盐玻璃低,由此推断图2中在584 ℃左右析出的晶体应该为AlPO4,导致B2、B4 的ΔT值较小,热稳定性较差。

采用SPSS 21.0统计学软件对数据进行处理,计数资料以百分数(%)表示,采用x2检验,以P<0.05为差异有统计学意义。

表1所示是B1~B5玻璃基质的物理性能。玻璃密度为 5.89~6.15 g/cm3,Bi2O3是重金属氧化物,硅酸盐玻璃引入Bi2O3后,玻璃密度增大。玻璃样品硬度为(3.528~3.822)×105 Pa,Bi2O3含量越高,玻璃样品硬度越低。综合玻璃密度和硬度变化趋势,玻璃样品中Bi2O3含量不宜过高。

 

2 玻璃基质的热性能Table 2 Thermal properties of glass matrixes

  

SamplesTg/℃Tf/℃Tx/℃Tp/℃ΔT/℃B1463503587628124B2479506584603105B3476508612653136B4474508585604111B5469506601655127

2.3 玻璃基质拉曼分析

图3是0~1 500 nm 范围内B1~B5玻璃样品的拉曼光谱图。由拉曼光谱图可以得知玻璃基质的玻璃结构、声子能量等详细信息。由图3 可知,B1~B5玻璃基质拉曼光谱曲线基本相同,即结构相同,有3个位于943、413、137 cm-1的拉曼峰,化学键的最高振动频率约为943 cm-1

Sed=∑Ωt|〈(SL)JU(t)‖(SL′)〉J′|2

  

图3 B1~B5玻璃的拉曼光谱Fig.3 Raman scatting spectra of B1~B5 glass

如图3所示,波数943 cm-1处的拉曼峰强度最弱,说明该玻璃基质高振动频率区声子密度较低。相对于声子能量为 1 100 cm-1的硅酸盐玻璃而言,B1~B5玻璃基质的最高声子能量更低,而且B1~B5样品的实际声子密度大都集中在低振动频率区。声子能量越低,弛豫时间τ越长,发光强度越强[21],尤其是2 μm处近似红外发射光。

2.4 光学性能分析

在B1~B5玻璃基质中掺杂 0.5% 的Ho2O3 和 2.0% 的Yb2O3,分别命名为B1-HY~B5-HY。图4是980 nm激发波长下B1-HY~B5-HY的发射光谱图。在980 nm抽运光激发下,Yb3+发生基态跃迁2F7/22F5/2 [22],能量传递如图4所示,玻璃样品仅有一个发光峰(1 902~2 100 nm),2 μm处的发光对应Ho3+:5I75I8。B2-HY~B5-HY在 1 950 nm附近有一个尖锐的峰,是980 nm抽运光衍射产生的倍频峰。结合玻璃基质的成玻性、热稳定性、物理性能以及发光性能,本文选择玻璃基质B1(50SiO2-40Bi2O3-5BaF2-5AlPO4, SBBA),作为红外光纤玻璃的研究基质。

  

图4 980 nm 激发波长下B1-HY~B5-HY的发射光谱Fig.4 Emission spectra of B1-HY~B5-HY samples pumped at 980 nm

2.5 吸收光谱与Judd-Ofelt理论

图5为50SiO2-40Bi2O3-5BaF2-5AlPO4-0.75Ho2O3-0.75Tm2O3-3.0Yb2O3(SBBA-0.75HTY)、50SiO2-40Bi2O3-5BaF2-5AlPO4-0.5Ho2O3-0.5Tm2O3-2.0Yb2O3(SBBA-0.5HTY)、 SBBA-HY 3个样品的吸收光谱图,波长范围400~2 200 nm。

图5标明了稀土离子发光中心Ho3+、Tm3+、Yb3+ 对应波段的跃迁激发能级,和前人研究相符[24],即5个吸收峰分别位于 1 952、1 172、644、536、456 nm处,分别对应Ho3+由基态5I8跃迁到5I75I65F55F4+5S25F1+5G6能级;980 nm左右观察到Yb3+:2F7/2 2F5/2的强吸收峰;1 706、1 210、790、682 nm处的吸收峰分别对应Tm3+从基态3H6跃迁至3F43H53H43F4能级。对比图5中的吸收曲线,稀土离子的吸收峰互不干扰,峰型和峰位基本一致。对比SBBA-0.5HTY和SBBA-0.75HTY吸收曲线,当浓度变化时,仅吸收峰强度略有改变。

常用Judd-Ofelt理论计算光纤玻璃的光谱参数[25-26]

 
 

(1)

SJJ=Sed+Smd

“危急值管理”是南大一附院近年来的工作亮点之一:根据科室不同,制定个性化的危急值范围;建立信息系统-检验人员-护士-医师-管理者的危急值管理闭环;危急值系统与病历系统对接,直接生成危急值相关病程记录;临床科室与护理部、信息处、检验科等科室也形成了联动机制。“早在2009年,医院就进行了危急值监管。”

(2)

1 125~830 cm-1处的峰可能由 [SiO4] [AlO4]中桥氧的反对称伸缩振动(Si—O—Si, Si—O—Al),以及[BiO3]中Bi—O对称伸缩振动共同引起[20],其中 1 125~830 cm-1处的峰可能存在 P—O 伸缩振动,峰形受 PO 双键影响[11];622~334 cm-1处的峰可能由Bi—O—Bi的弯曲振动以及[SiO4] [AlO4]中桥氧的弯曲振动(Si—O—Si, Si—O—Al)引起[20];137 cm-1处是重金属Bi的振动峰。

我国物流金融集成化协同服务尚在起步阶段,物流金融业务的增长速度较快,但是面对庞大社会物流总值,物流金融集成化还未完成开拓市场的任务。供应链物流金融业务本身也受到产业结构、贸易结构的影响,因而其金融集成化协同服务模式也需要逐渐不断变化。

(3)

 

(4)

式中:SmeaSJJ 分别是稀土离子4fN电子组态初态SLJ能级和终态S′L′J能级间跃迁产生的测量所得谱线强度和计算得到的谱线强度;J为初态总角动量量子数;N为单位体积稀土离子掺杂浓度;n为折射率;λm为光谱图中的中心波长;DO,λ 为光密度;c为光速;e为电子电量;h为普朗克常数;m为电子质量;约化矩阵元|〈(SL)JU(t)‖(SL′)〉J′|一般用文献[21]中数值,基本与基质无关; SedSmd分别是电偶极跃迁谱线强度和磁偶极子跃迁谱线强度,与Sed相比Smd可忽略不计,但在特殊情况下,两个能级ΔSL=0,ΔJ为0、±1,Smd 的大小必须要考虑;Ωt为Judd-Ofelt强度参数。

根据稀土离子红外吸收光谱强度,采用最小二乘法计算Ho3+:5I7 Judd-Ofelt强度参数Ωt(t为2,4,6)。表3所示为Ho3+:5I7在不同玻璃配方中的强度参数(Ω2, Ω4, Ω6)。SBBA-HY的Ωt (t为2,4,6)分别是 5.31×10-20、2.55×10-20、1.21×10-20 cm2,SBBA-0.5HTY中Ωt (t为2,4,6)分别为 5.56×10-20、2.71×10-20、1.01×10-20 cm2,则SBBA-0.75HTY的Ωt (t为2,4,6)分别为 5.35×10-20、2.42×10-20、0.993×10-20 cm2,趋势均为Ω2>Ω4 >Ω6

Ω2值增大,稀土离子与阴离子间共价性增强,稀土离子的局部环境对称性降低。因此样品的 Ho—O 的共价性比在硅酸盐[27]和铋碲酸盐[29]中略强,且比氟化物[28]中强得多。本文研制的3个玻璃样品的Ω2值相近,稀土离子含量较小,因此稀土离子的局部环境影响较小。Ω6值与能级寿命τrad成反比。SBBA-0.5HTY和SBBA-0.75HTY的Ω6数值与一般硅酸盐[27]相近,比双掺的SBBA-HY玻璃Ω6数值更小,掺入Tm3+,可加大辐射寿命τradΩ4/Ω6比值反映近红外发光质量[30]。由表3可知,SBBA-HY、SBBA-0.5HTY和SBBA-0.75HTY 中的Ω4/Ω6分别为 2.11、2.68、2.44,比氟化物[28]、铋碲酸盐[29]中数值更大,红外光谱性能更好。但SBBA-HY的红外发光性能稍逊于硅酸盐[27]的发光性能。

 

3 不同玻璃中Ho3+ 的强度参数ΩtTable 3 Ωt of Ho3+ in different glass

  

GlassΩt/10-20cm2t=2t=4t=6Ω4/Ω6TrendRef.SBBA⁃HY5.312.551.212.11Ω2>Ω4>Ω6ThisworkSBBA⁃0.5HTY5.562.711.012.68Ω2>Ω4>Ω6ThisworkSBBA⁃0.75HTY5.352.420.992.44Ω2>Ω4>Ω6ThisworkSilicate4.632.180.972.24Ω2>Ω4>Ω6[27]Fluoride1.701821.521.20Ω4>Ω2>Ω6[28]Bismuthtellurite3.12.02.90.69Ω2>Ω6>Ω4[29]

期刊格式:作者(著录前3人,其后加“等”字或“etal.”).文章题目[J].刊名,年,卷(期):起止页码.

综上,本文研制的铋硅酸盐玻璃作为近红外发光材料性能优异,且Tm3+/Yb3+双敏化可以提高Ho3+/Yb3+双掺下的发光性能。

自发辐射跃迁几率(Arad)和荧光寿命(τrad)[31] 分别根据式(5)和式(6)计算:

Arad(JJ′)=Aed+Amd=

分析大数据在创新培养上的应用,实际上可以以此推广开来,大数据在高校教育管理的方方面面都有很强的应用,这项应用的有效发挥依赖于基础的教育类数据,各大高校有必要改变数据收集各自为政的局面,而建立一个按统一数据标准统一管理的信息系统。在这个系统中,高校需加强大数据监管,确定严格的数据使用范围与应用权限,全校师生能够依据不同的权限共享学校和学生的相关信息,并在系统的数据开发的政策支撑下,不断挖掘教育数据价值,促进学校发展和学生进步。

 

(5)

 

(6)

  

图5 Ho3+/Yb3+,Ho3+/Tm3+/Yb3+掺杂的铋硅酸玻璃的吸收光谱Fig.5 Absorption spectra of Ho3+/Yb3+or Ho3+/Tm3+/Yb3+doped bismuth silicate glass

在SBBA-HY、SBBA-0.5HTY和SBBA-0.75HTY玻璃中,Ho3+:5I75I8自发辐射跃迁几率分别为 162.8、148.7、145.2 s-1,荧光寿命分别为 6.14、6.72、6.88 ms。荧光寿命大小顺序为: SBBA-0.75HTY>SBBA-0.5HTY>SBBA-HY,符合Ω6数值变化规律。

2.6 发射截面与增益效应

稀土离子发光中心的吸收截面(σabs)和发射截面(σem)分别由Judd-Ofelt理论[25]和McCumber理论[29]计算得出:

3.控制吃饭速度,养成细嚼慢咽的习惯。吃饭太快,食物容易摄入过剩,不良结果是一方面给肠胃造成负担,另一方面会导致体型肥胖。严重的话,还可能会对健康造成损害,影响正常生活。

 

(7)

 

(8)

式中:l为玻璃样品厚度;ε为与温度相关的激发能量;k为玻耳兹曼常数;T为样品温度。

观察组患者术后引流管留置时间、镇痛时间及下床时间均较对照组显著缩短,差异有统计学意义(P<0.05)。见表3。

  

图6 玻璃样品的吸收截面与发射截面Fig.6 Absorption and emission sections of the glass samples

 

4 不同玻璃中的Ho3+:5I7 光谱性能对比

Table 4 Comparison of laser spectroscopic of Ho3+:5I7 level in different glass

  

Glassσem/10-21cm2FWHM/nmFWHM×σem/10-26cm3Ref.SBBA⁃HY7.6116812.78ThisworkSBBA⁃0.5HTY8.8318115.98ThisworkSBBA⁃0.75HTY10.5418719.71ThisworkSilicate3.721806.70[27]Germinate4.691526.78[32]Fluorgerminate3.651585.77[32]

  

图7 980 nm 激发波长下SBBA-HY,SBBA-0.5HTY,SBBA-0.75HTY 的发射光谱Fig.7 Emission spectra of SBBA-HY, SBBA-0.5HTY and SBBA-0.75HTY glass pumped at 980 nm

如表4所示,SBBA-HY、SBBA-0.5HTY和SBBA-0.75HTY中Ho3+的FWHM分别是168、181、187 nm,FWHM×σem数值可以评估增益效应。SBBA-HY、SBBA-0.5HTY和SBBA-0.75HTY玻璃中,FWHM×σem 分别为 12.78×10-26、15.98×10-26、19.71×10-26 cm3,远高于硅酸盐玻璃(6.75×10-26 cm3)[27]、锗酸盐(6.78×10-26 cm3)[32]、氟锗酸盐(5.77×10-26 cm3)[32] 的相应值。相比于SBBA-HY,SBBA-0.5HTY 与SBBA-0.75HTY的FWHM及FWHM×σem数值更大,性能更佳。

3 结 论

为研究新型的激光波长为2 μm铋硅酸盐玻璃,在玻璃基质配方中分别掺杂 0.5Ho2O3-2.0Yb2O3(HY)、0.5Ho2O3-0.5Tm2O3-2.0Yb2O3(0.5HTY)以及0.75Ho2O3-0.75Tm2O3-3.0Yb2O3(0.75HTY),以吸收光谱为基础讨论分析了3种稀土离子掺杂组合的Judd-Ofelt光谱参数以及发光性能。

(2) 由Judd-Ofelt强度参数Ωt(t为2,4,6)可知,SBBA-HY、SBBA-0.5HTY和SBBA-0.75HTY 中Ho—O的共价性比其他玻璃基质更强,红外发光质量更好。计算得到的样品荧光寿命τrad分别是 6.14、6.72 ms和 6.88 ms。

(1) 结合玻璃基质的物理性能和成玻性以及光谱性能,认为50SiO2-40Bi2O3-5BaF2-5AlPO4(SBBA)配方最优。

(3) SBBA-HY、SBBA-0.5HTY和SBBA-0.75HTY 中Ho3+的最大吸收截面和最大发射截面峰位相近,分别在 1 950 nm和 2 046 nm附近,Ho3+/Tm3+/Yb3+三掺得到的吸收截面和发射截面更大。

(4) SBBA-HY、SBBA-0.5HTY和SBBA-0.75HTY玻璃样品中,SBBA-0.75HTY的FWHM(187 nm)和FWHM×σem(19.71×10-26 cm3)最大,是一种性能优良的宽带发光激光器增益介质材料。

[19] LIM K S, VIJAYA N, KESAVULU C R, et al. Structural and luminescence properties of Sm3+ ions in zinc fluorophosphates glasses[J]. Optical Materials, 2013, 35(8): 1557-1563.

参考文献

[1] MAIMAN T H. Stimulated optical radiation in ruby[J]. Nature, 1960, 187(4736): 493-494.

图6所示分别是SBBA-HY、SBBA-0.5HTY和SBBA-0.75HTY的吸收截面和发射截面。图7所示分别是980 nm 激发波长下SBBA-HY、SBBA-0.5HTY和SBBA-0.75HTY的荧光光谱。其中在SBBA-HY、SBBA-0.5HTY中,Ho3+的浓度均为 1.509×1020 ions/cm3,SBBA-0.75HTY中Ho3+的浓度更高,为 2.256×1020 ions/cm3。对比图6和图7,玻璃样品计算得到的发射截面峰形、峰位与测量所得的荧光光谱相似,玻璃样品Ho3+:5I85I7的最大吸收截面和Ho3+:5I75I8最大发射截面分别位于 1 950 nm和 2 045 nm处。如表4所示,SBBA-HY 的最大吸收截面为 6.12×10-21 cm2,最大发射截面为 7.61×10-21 cm2。SBBA-0.5HTY 和SBBA-0.75HTY玻璃的Ho3+最大吸收截面分别为 6.65×10-21、7.38×10-21 cm2,最大发射截面则为 8.83×10-21、10.54×10-21 cm2。样品的最大发射截面均高于硅酸盐玻璃(3.72×10-21 cm2)[27]、锗酸盐(4.69×10-21 cm2)[32]、氟锗酸盐(3.65×10-21 cm2)[32],SBBA-HY 中Ho3+的最大发射截面略低于氟化物玻璃 (7.56×10-21 cm2)[28]。玻璃的发射截面越大, Ho3+:5I75I8 2 μm 处的近红外发光性能越好,近红外发光性能由强到弱依次为SBBA-0.75HTY>SBBA-0.5HTY>SBBA-HY。

[2] 罗威, 董文锋, 杨华兵, 等. 高功率激光器发展趋势[J]. 激光与红外, 2013, 43(8): 845-852.

[3] HALE G M, QUERRY M R. Optical constants of water in the 200 nm to 200 μm wavelength region[J]. Applied Optics, 1973, 12(3): 555-559.

“收购英迈的时候,海航基本上已经达到了并购的巅峰,随后而来的就是急速下降。”天津航空项目部经理丁晓晓告诉《中国储运》记者,从2015年到2017年,海航的发展就是“滚雪球=借贷——并购——再借贷——再并购”,这样的模式在以前还可以,但是在大环境严峻之时就很容易出问题了。

[4] HANNA D C, JAUNCEY I M, PERCIVAL R M, et al. Continuous-wave oscillation of a monomode thulium-doped fibre laser[J]. Electronics Letters, 1988(28): 1222-1223.

[5] DING J, ZHAO G Y, TIAN Y, et al. Bismuth silicate glass: A new choice for 2μm fiber lasers[J]. Optical Materials, 2012, 35(1): 85-88.

[6] LI M, GUO Y Y, BAI G X, et al. ~2 μm Luminescence and energy transfer characteristicsin Tm3+/Ho3+ co-doped silicate glass[J]. Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 2013, 127: 70-77.

[7] LIU X Q, HUANG F F, CHENG J M, et al. Investigation on Er3+/Ho3+ co-doped silicate glass for ~2 mm fiber lasers[J]. Journal of Luminescence, 2015, 162: 197-202.

[8] ZACHARIASEN W H. The atomic arrangement in glass[J]. Journal of the American Chemical Society, 1932, 44(10): 3841-3851.

[9] 陈丹平, 姜雄伟, 朱从善. Bi2O3-Li2O玻璃的结构研究[J]. 无机材料学报, 2002, 17(2): 202-209.

[10] HANDKE M, ROKITA M, MOZGAWA W. Spectroscopic studies of SiO2-AlPO4 solid solutions[J]. Vibrational Spectroscopy, 1999, 19(2): 419-423.

[11] ROKITA M, MOZGAWA W, HANDKE M. The influence of Na+and Ca2+ ions on the SiO2-AlPO4, materials structure-IR and Raman studies[J]. Journal of Molecular Structure, 2001, 596(1/3): 171-178.

农业灌溉用水占世界总供水量的70%,每年约为28 500亿m3。此外,雨养农业每年用水量为64 000亿m3。农业用水被认为是造成世界水资源短缺的主要因素。在20世纪世界用水量增长的速度是人口增长速度的两倍。一方面,世界上粮食不安全人口不断增加,另一方面,随着工业化、城市化进程加快,不同行业之间对水资源的竞争日趋激烈,灌溉用水常常会受到严重挤压。

[12] 曹国喜, 胡和方, 干福熹. BaF2替代BaO 对钡镓锗酸盐玻璃光学性质的影响[J]. 光学学报, 2005, 25(1): 72-76.

CK1处理抑制单株结薯数量、单株产量、小区产量及商品薯率,较CK2分别减少1.00个、146.4 g、23.4 kg和2.5个百分点,CK1和CK2的单株结薯数和小区产量间存在显著差异。

[13] ZHAO G Y, YING T, WANG S K, et al. Broadband near-IR emission and temperature dependence in Er/Tm co-doped Bi2O3-SiO2-Ga2O3 glasses[J]. Physica B: Condensed Matter, 2012, 407(24): 4622-4626.

[14] YANG Z Y, LUO T, JIANG S B, et al. Single-mode low-loss optical fibers for long-wave infrared transmission[J]. Optics Letters, 2010, 35: 3360-3362.

[15] BANSAL N P. Kinetics of crystallization of ZrF4-BaF2-LaF3 glass by differential scanning calorimetry[J]. Journal of the American Ceramic Society, 1983, 66(4): 233-236.

[16] 肖汉宁, 马微微, 陶猛. P2O5含量对Al2O3-SiO2-P2O5系统玻璃结构和析晶性能的影响[J]. 陶瓷学报, 2007, 28(4): 246-249.

[17] FAN H Y, WANG G N, LI K F, et al. Broadband 1.5 μm emission of high erbium-doped Bi2O3-B2O3-Ga2O3 glasses[J]. Solid State Communications, 2010, 150(25/26): 1101-1103.

[18] HUANG F F, LIU X Q, LI W W, et al. Energy transfer mechanism in Er3+ doped fluoride glass sensitized by Tm3+ or Ho3+ for 2.7 μm emission[J]. Chinese Optics Letters, 2014, 12(5): 51601-51604.

(5) 综合分析SBBA-0.5Ho2O3-2.0Yb2O3、SBBA-0.5Ho2O3-0.5Tm2O3-2.0Yb2O3及SBBA-0.75Ho2O3-0.75Tm2O3-3.0Yb2O3的样品性能,Ho3+-Tm3+-Yb3+三掺体系的Judd-Ofelt理论参数和红外发光性能更佳,并且增益效应更好,且同时增大各稀土离子的掺杂含量,一定程度上可以增强体系红外发光性能与增益效应,因而使50SiO2-40Bi2O3-5BaF2-5AlPO4玻璃在光纤激光器的研究方面更有意义。

[20] 刘次啟, 何峰, 马艳, 等. 氧化铋对浮法玻璃的结构与性能的影响[J]. 玻璃, 2011, 38(11): 3-6.

[21] 高钦翔, 田强. 声子之间的相互作用与晶格热平衡[J]. 重庆大学学报(自然科学版), 2002, 25(1): 106-108.

[22] 徐杰, 胡一晨, 王中俭, 等. Pr3+-Yb3+共掺氟氧化物微晶玻璃的显微结构及发光性能[J]. 华东理工大学学报(自然科学版), 2011, 37(1): 65-70.

[23] 辛浩, 邓声玉, 厉宇翔, 等. Yb3+/Er3+/Tm3+三掺YF3上转换发光性质的研究[J]. 华东理工大学学报(自然科学版), 2016, 42(6): 814-819.

[24] CHEN R, TIAN Y, LI B P, et al. 2 μm fluorescence of Ho3+: 5I75I8 transition sensitized by Er3+ in tellurite germinate glasses[J]. Optical Materials, 2015, 49: 116-122.

从上面未加补偿的开环传递函数可知,存在两个零点和两个极点。两LC极点使系统开环增益在穿越频率处以-40 dB/dec斜率下降;其中一个零点为右半平面零点,使系统相位滞后,可能引起系统的不稳定,常用的简单处理办法为:使穿越频率远小于该零点频率;另一个零点为ESR零点,由电容的寄生参数ESR电阻引起。本文选用的误差放大器补偿网络为双零点双极点的III型补偿网络[10,15-17],其电路结构图如图4所示。

[25] JUDD B R. Optical absorption intensities of rare-earth ions[J]. Physical Review, 1962, 127(3): 750-761.

婴幼儿的蛋白质需求量并没有家长们想象得那么高,例如,每100毫升母乳中含有蛋白质1克左右(这需要根据母亲的饮食结构而定),配方奶中所含有的蛋白质含量是母乳的2倍,1~6个月的宝宝每天喝700~800毫升的奶即可满足日常生长发育的需求。

[26] OFELT G S. Intensities of crystal spectra of rare-earth ions[J]. Journal Chemical Physical, 1962, 37(3), 511-520.

[27] WANG X, FAN X K, GAO S, et al. Spectroscopic properties of Tm3+-Ho3+codoped SiO2-Al2O3-CaO-SrO glasses[J]. Ceramics International, 2014, 40(7): 9751-9756.

[28] TIAN Y, JING X F, XU S Q. Spectroscopic analysis and efficient diode-pumped 2. 0 μm emission in Ho3+/Tm3+ codoped fluoride glass[J]. Spectrochimica Acta: Part A. Molecular & Biomolecular Spectroscopy, 2013, 115: 33-37.

[29] GAO G J, HU L L, FAN H Y, et al. Investigation of 2.0 μm emission in Tm3+ and Ho3+ co-doped TeO2-ZnO-Bi2O3 glasses[J]. Optical Materials, 2009, 32(2): 402-405.

[30] WATEKAR P R, JU S, HAN W T. Optical properties of Ho-doped alumino-germano-silica glass optical fiber[J]. Journal of Non-Crystalline Solids, 2008, 354(14): 1453-1459.

[31] 姜中宏. 新型光功能玻璃[M]. 北京: 化学工业出版社, 2008: 42-65.

[32] LIN Q F, XIA H P, ZHANG Y P, et al. Gain properties of germanate glasses singly doped with Tm3+ and Ho3+ ions[J]. Journal of Rare Earths, 2009, 27(1): 76-82.

 
厉宇翔,邓声玉,范亚蕾,王德强
《华东理工大学学报(自然科学版)》2018年第02期文献

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