Yb3+摻雜的TeO2-WO3-PbO 碲酸鹽玻璃的光譜性質(zhì)研究

通過熔融淬冷法制備了摻Y(jié)b3+的TeO2-WO3-PbO碲酸鹽激光玻璃，通過拉曼光譜、透過光譜和熒光衰減曲線，研究了隨著氧化鉛含量的增加，玻璃的光學(xué)性能變化。采用玻璃體系TeO2-WO3-PbO作為研究對象，原料的組成按摩爾百分比（80%-x）TeO2-20%WO3-xPbO（x＝0%，10%和20%），并以TWP0，TWP1，TWP2為標注號）進行精確稱量20g，并加入質(zhì)量比為1%的Yb2O3，混合均勻，放入到剛玉坩堝中在900～950℃保持30min，并進行攪拌。將熔融的玻璃液倒入預(yù)熱的銅模中，然后將成型的玻璃在玻璃轉(zhuǎn)變溫度保溫4h，然后逐漸降至室溫。將制備的玻璃切割成10mm×10mm大小的樣品，拋光成厚度為2mm的玻璃用于光學(xué)性能的測試。玻璃的密度采用阿基米德排水法進行測試，玻璃的吸收光譜采用型號為JASCOV-770型UV-VIS-NIR分光光度計。熒光壽命為熒光衰減曲線中熒光強度衰減到最大熒光強度的e-1所對應(yīng)曲線上的時間，玻璃樣品的熒光衰減曲線采用波長為980nm的LD激光器被用作泵浦光源。玻璃的內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用拉曼光譜確定。玻璃中水分確定主要采用FTIR傅氏轉(zhuǎn)換紅外線光譜分析法來確定。TWP玻璃樣品的密度和光學(xué)性能參數(shù)見表1，TWP2玻璃樣品的吸收和發(fā)射截面圖見圖1。

表1TWP玻璃樣品的密度和光學(xué)性能參數(shù)表圖1TWP2玻璃樣品的吸收和發(fā)射截面圖從圖1和表1可以看出，隨著氧化鉛取代氧化碲，玻璃的吸收截面從1.92pm2增加到1.94pm2。發(fā)射截面從1.24pm2增加到1.31pm2。圖2TWP玻璃樣品的拉曼光譜圖表2碲酸鹽玻璃中不同結(jié)構(gòu)單元在拉曼光譜中對應(yīng)的振動峰位置根據(jù)圖2所示，當(dāng)PbO加入到碲酸鹽玻璃中，引入的PbO提供O2-給［TeO4］，導(dǎo)致［TeO4］轉(zhuǎn)變?yōu)椋跿eO3］和［TeO3+1］，這相當(dāng)于一種結(jié)構(gòu)變?yōu)閮煞N結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致Yb3+周邊結(jié)構(gòu)的非對稱性增加，因此引入氧化鉛導(dǎo)致玻璃的發(fā)射截面和吸收截面增加。玻璃的熒光壽命tf是指稀土離子中的電子被激發(fā)到亞穩(wěn)態(tài)后，電子在亞穩(wěn)態(tài)所停留的平均時間，一般來說長的熒光壽命有利于儲能。圖4為玻璃樣品TWP2的熒光壽命衰減曲線。從表1中可以看出，隨著玻璃中的氧化鉛的含量增加，玻璃樣品的熒光壽命從0.70ms增加到0.78ms，再減小到0.77ms。圖4玻璃樣品TWP2的熒光衰減曲線通過實驗研究，發(fā)現(xiàn)隨著氧化鉛含量的增加，玻璃的發(fā)射截面從1.24pm2增加到1.31pm2，該發(fā)射截面與目前報道的其他摻Y(jié)b3+碲酸鹽激光玻璃體系相比，具有較大的發(fā)射截面。而熒光壽命從0.70ms增加到0.78ms然后減小0.77ms，最終TWP2玻璃的增益系數(shù)達到為1.01ms·pm2。雖然該玻璃的熒光壽命較短，這主要是由于在制備過程中沒有進行有效的除水，后續(xù)工作中將進行有效