上转换发光用基质材料碲酸盐玻璃的红外与Ramam光谱及其DSC的研究.pdfVIP

上转换发光用基质材料碲酸盐玻璃的红外与 Ramam光谱及其DSC 的研究∗ 苏方宁，邓再德 华南理工大学材料学院光通信材料研究所，广州 510640 摘 要：本文在相图的基础上，选择了20 个系列玻璃形成范围大的碲酸盐玻璃，详细地研 究和分析了红外光谱与Ramam光谱性能，并且结合差示扫描量热法 （DSC ）测试, 优选出来 了三种 （TeO -MgO-K O 、TeO -TiO -K O和TeO -Nb O -Li O ）碲酸盐玻璃系统，它们的声 2 2 2 2 2 2 2 5 2 子能量低、成玻性能好和热稳定性∆T值大，三者能作为目前LD泵浦的紧凑蓝绿光上转换固 体激光器的优良候选基质材料。 关键词：碲酸盐玻璃，红外光谱，Ramam 光谱，DSC ，上转换发光 上转换发光是指用波长较长的红外光照射非线性激光材料而获得可见光，甚至波长更 短的紫外激光振荡输出，是制造短波长紧凑固体激光器[1-2] 的三大方案之一,相比其他的 两种方案 （倍频和利用宽带隙半导体直接激发）而言，具有不需要严格的相位匹配、可以 有效降低光致电离作用引起的基质材料的衰退、不需要大功率的冷却配套设备和输出波长 有一定的可调协性的几大优点[3-5]，加上由于其在信息处理、数据存储、三维立体显示技 术、水下测量、生物传感和医疗上潜在的巨大应用前景[6-7],所以上转换发光受到越来越 多研究者的青睐，掀起了一阵高于一阵的研究热潮。光纤激光器是制作上转换激光器较为 实用的途径, 光纤激光器作为第三代激光技术的代表，具有诸如制造成本低、技术成熟及 其光纤的可饶性所带来的小型化、集约化，玻璃光纤对入射泵浦光不需要像晶体那样的严 格的相位匹配，输出激光波长多、可调谐性等等优势。 同时，现代光通信的飞速发展，光纤放大器（EDFA 、TDFA ）是作为光通信网络的 至为重要的光器件之一,然而上转换发光大大降低了其放大效率，所以上转换发光对于放 大器而言却是不希望的,可以这样说,上转换激光器是光纤放大器的对立面[8], 因而上转换 发光及其激光器的研制成功肯定能方面给予启示从而带动光纤放大器效率的大幅度提高， 从而有力推动光通信的发展。 因此近十几年,掺稀土玻璃的上转换发光的研究受到了众多研究者的关注,尤其是掺稀 土的碲酸盐玻璃,这是因为，碲酸盐玻璃具有较低的声子能量、高折射率、高介电常数、 红外透过性能好、熔融温度低、化学稳定性好、良好的热稳定性、大的荧光半宽和较高的 受激发射截面等优点[5，9-11] 。 为了寻找适合LD 泵浦的紧凑上转换发光固体激光器的碲酸盐玻璃基质，我们在已有 的碲酸盐玻璃的系统相图的基础上，根据声子能量要低、玻璃形成范围要宽和玻璃热稳定 性要好的几个要求，通过试验熔制及其红外光谱和Ramam 光谱测试，分析了所研究的碲 酸盐玻璃的结构与对应的基团振动强弱，寻找声子能量低和成玻性能好的碲酸盐玻璃系 统；再在上述的基础上，结合差示扫描量热法（DSC ）测试，研究玻璃系统的热稳定性， 用∆T 值 （玻璃的转变温度Tg 与析晶起始温度Tx 两者的差值）表征热稳定性，∆T 越大， 热稳定性越好，从而寻找热稳定性良好的玻璃系统。 1.试验及其方法 ∗基金来源：国家自然科学基金项目）；广州市科技计划重大项目（2004Z2 －D0131 ） 通讯作者: 苏方宁， sufangning2003@ -1- 我们根据作花济夫的玻璃相图[12] ，选择出如表 1 所示的20 种碲酸盐玻璃系统，其具 体的化学组成列在表中。所用的原料为化学纯以上的氧化物或者碳酸盐，用传统的熔融法熔 制玻璃，根据玻璃组成用电子天平准确称取所需量的各配合料，经过充分混合均匀后装入铂 金坩埚内，再放入温度为750℃-850℃的硅碳棒电