Er3+/Yb3+共掺Bi2O3-B2O3-Ga2O3玻璃的光谱特性与优化浓度研究

"本文主要研究了Er3+/Yb3+共掺Bi2O3-B2O3-Ga2O3玻璃的光谱性质，包括吸收光谱和荧光光谱，探讨了Yb2O3浓度对这些光谱特性的影响，并通过McCumber理论计算了Er3+离子的受激发射截面。研究发现，当Yb3+/Er3+的浓度比为4:1时，样品表现出最优的光谱性能，荧光强度、FWHM和σepeak分别达到峰值，FWHM为77nm，σepeak为1.08×10-20 cm2。" 这篇论文属于工程技术领域，具体聚焦于光学材料的研究。作者们制备了一种新的铋酸盐玻璃，其中掺杂了铒离子Er3+和镱离子Yb3+，这种掺杂策略是为了优化玻璃在1.5μm波段的光谱特性，这个波段对于光通信至关重要。通过实验，他们观察到Er3+离子在玻璃中的吸收和荧光行为，并分析了Yb3+浓度变化对这些行为的影响。 Er3+/Yb3+共掺的目的是利用Yb3+作为能量传递媒介，改善Er3+的荧光效率。Yb3+能级结构使得它能够吸收近红外光，然后通过非辐射能量转移将能量传递给Er3+，从而在1.5μm通信窗口激发Er3+的发光。论文中提到，当Yb3+和Er3+的比例为4:1时，光谱性能最佳，这表明存在一个最佳的掺杂浓度比例，以获得最大增益和最宽的增益带宽。 论文还利用了McCumber理论，这是一种描述离子在玻璃介质中受激辐射性质的理论模型。通过该理论，作者计算了Er3+离子的受激发射截面σepeak，这是衡量光放大器或激光器性能的关键参数之一。受激发射截面越大，表明离子在特定波长下产生受激发射的概率越高，从而可能提高器件的增益和效率。 此外，论文还强调了铋酸盐玻璃相比其他材料的优势，如其宽的荧光半高宽度、高的折射率和良好的化学稳定性，同时指出其易于加工和与石英光纤的直接熔接能力，这些都是其在光通信应用中的潜在优势。然而，传统的硅基材料由于增益带宽限制，已无法满足高速光通信需求，而掺铒铋酸盐玻璃的出现为开发新型宽带光纤放大器和光纤激光器提供了新的可能性。 这篇论文的研究对于理解Er3+/Yb3+共掺玻璃的光谱性质及其在光通信领域的应用潜力有着重要的贡献，也为未来开发高性能、低成本的光通信器件提供了理论基础和实验依据。