ErYb共掺体系的光致荧光行为及相关物理过程研究.pdfVIP

第56卷第12期2007年12月 物理学 报 PHYSICASINICA @2007 1000—329012007156(12)／7286．09ACTA Chin．Phys．Soc． Er／Yb共掺体系的光致荧光行为及 相关物理过程研究* 彭 扬1’ 李善锋1’ 张庆瑜1’’ 李毅刚2’ 徐 雷2’ 1)(大连理工大学三束材料改性国家重点实验室，大连116024) 2)(复旦大学光科学与工程系，先进光子学材料与器件国家重点实验室，上海200433) (2007年3月19日收到；2007年5月30日收到修改稿) 光玻璃．通过吸收光谱、光致荧光光谱和上转换荧光光谱，研究了Yb20，浓度对E，+荧光特性的影响，并探讨了相 关的物理机制．研究结果表明：Y护+共掺对E，+的4，l，。吸收截面的影响存在一个临界浓度．当W+浓度超过此临界 浓度时，吸收截面面积随№03浓度的增加而线性增加，从而导致Er3+的4，。一4，。，。辐射跃迁过程的增强．Yb，+掺 杂显著提高了Er3+的荧光强度，并导致荧光光谱的明显宽化．定量分析表明，受主到施主的反向能量传递随№03 浓度的增加而逐渐增加，但不是导致E，+的4，。一4，。，。跃迁过程中荧光强度饱和的主要原因．而Y分+掺杂所引起的 荧光量子效率降低和抽运过程中存在的激发态粒子数本征饱和才是荧光强度饱和甚至降低的根本原因．Yb3+共掺 杂引起的敏化作用而导致的Yb3+的2，，。能级和Er，+的4“。能级粒子数密度增加，促进了yb3+，E，+之间合作上转 换的增强．这是上转换荧光增强的主要贡献． 关键词：Er／Yb共掺，光致荧光，能量传递，合作上转换 PACC：7855，4270C，7830 且，Er／Yb共掺可以有效地抑制Er3+的浓度猝灭效 1．引 言 应，从而显著地提高荧光量子效率¨¨．但是，很少有 明确的实验结果证明Yb3+共掺可以使E，+的4，1，彪一 am的 Er3+的4，。耽一4，15陀辐射跃迁可以产生15304，lm非辐射跃迁弛豫率减小．另一方面，人们从荧光 红外发光，在激光器和光信号放大器等众多领域有 强度的实验测量结果发现，对于一定的E，+掺杂浓 着广泛应用n。】．自从1986年掺Er光纤放大器研制 度，存在一个最佳的Yb3+共掺杂浓度，而把此后的 成功以来，光通信技术已经发生了革命性变化．光通 荧光强度下降归因为能量施主Yb3+和能量受主 信器件的集成化要求光放大器具有更高的掺Er浓 E，+之间的能量反向转移的增加或E，+与Er3+和 度，以保证在有限的波导长度内达到所需要的光学 Er3+与Yb3+之间能量合作上转换的增强，但很少有 增益b-5】．为了解决高掺Er浓度的材料中因E，+的 关于Er3+与Yb3+之间能量转移和能量合作上转换 离子团聚所导致的浓度猝灭效应，人们研究了Er／Y， 过程与Yb3+浓度之间的定量分析¨卜14。．此外，我们 EdCe。Er／Yb等多种稀土共掺方法以改善掺Er材料在Er／Yb稀土离子共掺杂体系的研究中发现，E，+ 的光致荧光特性‘卜引． 的4，l犹能级的总吸收截面面积随着共掺杂稀土离子 EdYb共掺被认为是改善掺Er材料的光致荧光 浓度的增加而增加，从而导致发射光谱的展宽，而有 特性的最佳解决方案．比较流行的观点是，Yb3+在关发射光谱展宽与共掺杂稀土离子浓度之间的定量 980 nm处的吸