用锥光纤微球研究Er3+/Yb3+共掺氟氧玻璃陶瓷的发光特性

黄婧; 黄衍堂; 吴天娇; 黄玉; 张培进; 郭长磊

doi:10.7498/aps.63.127802

摘要

采用高温煅烧法制备了Er3+/Yb3+共掺的氟氧玻璃陶瓷新材料（41.2SiO2-29.4Al2O3-17.6Na2CO3-11.8LaF3-0.5ErF3-2.5YbF3），并制作了透明带柄微球. 提出了用锥光纤微球耦合系统研究Er3+/Yb3+共掺的氟氧玻璃陶瓷材料发光特性的新方法. 它具有所需激发光功率低、制备简便和便于测试的特点. 用锥光纤作为耦合器将976 nm 激光高效耦合入微球，并将产生的荧光和激光耦合出微球输到光谱分析仪，测量到了强的522，545和657 nm 上转换荧光，也测到Er3+产生的1562 nm激光振荡光谱图. 分析了Er3+/Yb3+共掺氟氧玻璃陶瓷微球中Er3+上转换发光的机理、发光效率高的机理，分析了在氟氧玻璃陶瓷微球中产生激光振荡阈值比在SiO2基质微球中高的机理.

关键词:

Abstract

We prepare Er3+/Yb3+ co-doped oxyfluoride glass ceramic samples by high temperature calcination method (41.2SiO2-29.4Al2O3-17.6Na2CO3-11.8LaF3-0.5ErF3-2.5 YbF3), and also fabricate transparent microspheres each with a handle. We propose a new method of studying the luminescent properties of Er3+/Yb3+ co-doped oxyfluoride glass ceramic with the tapered fiber-microsphere coupling system. The method has characteristics such as low excitation optical power, easy preparation and testing. We couple the 976 nm laser into the microspheres with the coupler of optical tapered fiber, then the fluorescence and laser are connected to spectrum analyzer with the optical tapered fiber. The strong up-conversion fluorescences at 522, 545 and 657 nm are obtained, and the laser oscillation spectra generated by Er3+ ions at 1562 nm are also measured. The up-conversion luminescence mechanism of Er3+, the mechanism of high luminescence efficiency in Er3+/Yb3+ co-doped oxyfluoride glass ceramic microsphere, and the mechanism of higher laser oscillation threshold in the oxyfluoride glass ceramic microsphere than in the SiO2 matrix microsphere are all analyzed.

Keywords:

作者及机构信息

1.
福州大学物理与信息工程学院, 福州 350108;

2.
厦门大学信息科学与技术学院, 厦门 361005

Authors and contacts

1.
College of Physics and Information Engineering, Fuzhou University, Fuzhou 350108, China;

2.
School of Information Science and Engineering, Xiamen University, Xiamen 361005, China

参考文献

[1]	Yan F P, Wei H, Fu Y J, Wang L, Zheng K, Mao X Q, Liu P, Peng J, Liu L S, Jian S S 2009 Acta Phys. Sin. 58 6300 (in Chinese) [延凤平, 魏淮, 傅永军, 王琳, 郑凯, 毛向桥, 刘鹏, 彭健, 刘利松, 简水生 2009 58 6300]
[2]	Maciel G S, Rakov N, de Araújo, Cid B, Messaddeq Y 1999 J. Opt, Soc. Am. B 16 1995
[3]	Downing E, Desselink L, Ralston J, Macfarlane R 1996 Science 273 1185
[4]	Yang D L, Hou Y Y, Zhao X, Liu G S, Lin H, Liu K, Edwin Y B P 2006 Acta Phys. Sin. 55 4304 (in Chinese) [杨殿来, 侯嫣嫣, 赵昕, 刘贵山, 林海, 刘克, Edwin Yue-Bun Pun 2006 55 4304]
[5]	Mortier M, Goldner P, Chateau C, Genotelle M 2001 J. Alloys Comp. 323-324 245
[6]	Zhao S L, Zheng F, Xu S Q, Wang H P, Wang B L 2009 Chin. Opt. Lett. 7 416
[7]	Chen D Q, Yu Y L, Huang P, Weng F Y, Lin H, Wang Y S 2009 Appl. Phys. Lett. 94 041909
[8]	Hu Y B, Qiu J B, Zhou D C, Song Z G, Yang Z W, Wang R F, Jiao Q, Zhou D L 2014 Chin. Phys. B 23 024205
[9]	Meng J, Zhao L J, Yu H, Tang L Q, Liang Q, Yu X Y, Tang B Q, Su J, Xu J J 2005 Acta Phys. Sin. 54 1442 (in Chinese) [孟婕, 赵丽娟, 余华, 唐莉勤, 梁沁, 禹宣伊, 唐柏权, 苏静, 许京军 2005 54 1442]
[10]	Kuang F H, Yan Q Z, Wang S M, Ge C C 2009 Mater. Rev. 13 44 (in Chinese) [旷峰华, 燕青芝, 王树明, 葛昌纯 2009 材料导报 13 44]
[11]	Wang Y, Ohwaki J 1993 Appl. Phys. Lett. 63 3268
[12]	Dejneka M J 1998 J. Non-Cryst. Solids 239 149
[13]	Chen D Q, Wang Y S, Zheng K L, Guo T L, Yu Y L, Huang P 2007 Appl. Phys. Lett. 91 251903
[14]	Xiao S G, Yang X L, Yang L W, Yang Y M, Liu Z W 2002 J. Mater. Sci. Lett. 21 1139
[15]	Gan Z S, Yu H, Li Y M, Wang Y N, Chen H, Zhao L J 2008 Acta Phys. Sin. 57 5699 (in Chinese) [甘棕松, 余华, 李妍明, 王亚楠, 陈晖, 赵丽娟 2008 57 5699]
[16]	Xiao S C, Zheng T, Sang Q, L J W 2012 Chin. J. Luminescence 33 275 (in Chinese) [肖生春, 郑涛, 桑琦, 吕景文 2012 发光学报 33 275]
[17]	Liu C, Kaiser T, Lange S, Schweiger G 1995 Opt. Commun. 117 521
[18]	Spillane S M, Kippenberg T J, Vahala K J 2002 Nature 415 621
[19]	Spillane S M, Kippenberg T J, Painter O J, Vahala K J 2003 Phys. Rev. Lett. 91 043902
[20]	Zhang P J, Huang Y, Guo C L, Huang Y T 2013 Acta Phys. Sin. 62 224207 (in Chinese) [张培进, 黄玉, 郭长磊, 黄衍堂 2013 62 224207]
[21]	Huang Y, Zhang P J, Guo C L, Huang Y T 2013 IEEE Photon. Technol. Lett. 25 1385
[22]	Kalkman J, Tchebotareva A, Polman A, Kippenberg T J, Min B, Vahala K J 2006 J. Appl. Phys. 99 083103
[23]	Armani A M, Armani D K, Min B, Vahala K J, Spillane S M 2005 Appl. Phys. Lett. 87 151118
[24]	Huang Y T, Huang Y, Zhang P J, Guo C L 2014 Aip Adv. 4 027113
[25]	Guo C L, Huang Y, Zhang P J, Huang Y T 2012 Chin. J. Lasers 40 0302004 (in Chinese) [郭长磊, 黄玉, 张培进, 黄衍堂 2012 中国激光 40 0302004]
[26]	Huang Y T, Zhang P J, Huang Y, Guo C L 2013 J. Modern Phys. 4 1622
[27]	Chen X B, Li M X, Sawanobori N, Zeng Z, Nie Y X 2000 Acta Phys. Sin. 49 2482 (in Chinese) [陈晓波, 李美仙, Sawanobori N, 曾哲, 聂玉昕 2000 49 2482]
[28]	Dantelle G, Mortier M, Vivien D 2005 J. Mater. Res. 20 472
[29]	Hu Z J, Wang Y S, Ma E, Chen D Q, Bao F 2007 Mater. Chem. Phys. 101 234
[30]	Miyakawa T, Dexter D L 1970 Phys. Rev. B 1 2961
[31]	Shin J H, Serna R, van den Hoven G N, Polman A, van Sark W G J H M, Vredenverg A M 1996 Appl. Phys. Lett. 68 997
[32]	Tanabe S, Ohyagi T, Soga N, Hanada T 1992 Phys. Rev. B 46 3305

施引文献

[1]	Yan F P, Wei H, Fu Y J, Wang L, Zheng K, Mao X Q, Liu P, Peng J, Liu L S, Jian S S 2009 Acta Phys. Sin. 58 6300 (in Chinese) [延凤平, 魏淮, 傅永军, 王琳, 郑凯, 毛向桥, 刘鹏, 彭健, 刘利松, 简水生 2009 58 6300]
[2]	Maciel G S, Rakov N, de Araújo, Cid B, Messaddeq Y 1999 J. Opt, Soc. Am. B 16 1995
[3]	Downing E, Desselink L, Ralston J, Macfarlane R 1996 Science 273 1185
[4]	Yang D L, Hou Y Y, Zhao X, Liu G S, Lin H, Liu K, Edwin Y B P 2006 Acta Phys. Sin. 55 4304 (in Chinese) [杨殿来, 侯嫣嫣, 赵昕, 刘贵山, 林海, 刘克, Edwin Yue-Bun Pun 2006 55 4304]
[5]	Mortier M, Goldner P, Chateau C, Genotelle M 2001 J. Alloys Comp. 323-324 245
[6]	Zhao S L, Zheng F, Xu S Q, Wang H P, Wang B L 2009 Chin. Opt. Lett. 7 416
[7]	Chen D Q, Yu Y L, Huang P, Weng F Y, Lin H, Wang Y S 2009 Appl. Phys. Lett. 94 041909
[8]	Hu Y B, Qiu J B, Zhou D C, Song Z G, Yang Z W, Wang R F, Jiao Q, Zhou D L 2014 Chin. Phys. B 23 024205
[9]	Meng J, Zhao L J, Yu H, Tang L Q, Liang Q, Yu X Y, Tang B Q, Su J, Xu J J 2005 Acta Phys. Sin. 54 1442 (in Chinese) [孟婕, 赵丽娟, 余华, 唐莉勤, 梁沁, 禹宣伊, 唐柏权, 苏静, 许京军 2005 54 1442]
[10]	Kuang F H, Yan Q Z, Wang S M, Ge C C 2009 Mater. Rev. 13 44 (in Chinese) [旷峰华, 燕青芝, 王树明, 葛昌纯 2009 材料导报 13 44]
[11]	Wang Y, Ohwaki J 1993 Appl. Phys. Lett. 63 3268
[12]	Dejneka M J 1998 J. Non-Cryst. Solids 239 149
[13]	Chen D Q, Wang Y S, Zheng K L, Guo T L, Yu Y L, Huang P 2007 Appl. Phys. Lett. 91 251903
[14]	Xiao S G, Yang X L, Yang L W, Yang Y M, Liu Z W 2002 J. Mater. Sci. Lett. 21 1139
[15]	Gan Z S, Yu H, Li Y M, Wang Y N, Chen H, Zhao L J 2008 Acta Phys. Sin. 57 5699 (in Chinese) [甘棕松, 余华, 李妍明, 王亚楠, 陈晖, 赵丽娟 2008 57 5699]
[16]	Xiao S C, Zheng T, Sang Q, L J W 2012 Chin. J. Luminescence 33 275 (in Chinese) [肖生春, 郑涛, 桑琦, 吕景文 2012 发光学报 33 275]
[17]	Liu C, Kaiser T, Lange S, Schweiger G 1995 Opt. Commun. 117 521
[18]	Spillane S M, Kippenberg T J, Vahala K J 2002 Nature 415 621
[19]	Spillane S M, Kippenberg T J, Painter O J, Vahala K J 2003 Phys. Rev. Lett. 91 043902
[20]	Zhang P J, Huang Y, Guo C L, Huang Y T 2013 Acta Phys. Sin. 62 224207 (in Chinese) [张培进, 黄玉, 郭长磊, 黄衍堂 2013 62 224207]
[21]	Huang Y, Zhang P J, Guo C L, Huang Y T 2013 IEEE Photon. Technol. Lett. 25 1385
[22]	Kalkman J, Tchebotareva A, Polman A, Kippenberg T J, Min B, Vahala K J 2006 J. Appl. Phys. 99 083103
[23]	Armani A M, Armani D K, Min B, Vahala K J, Spillane S M 2005 Appl. Phys. Lett. 87 151118
[24]	Huang Y T, Huang Y, Zhang P J, Guo C L 2014 Aip Adv. 4 027113
[25]	Guo C L, Huang Y, Zhang P J, Huang Y T 2012 Chin. J. Lasers 40 0302004 (in Chinese) [郭长磊, 黄玉, 张培进, 黄衍堂 2012 中国激光 40 0302004]
[26]	Huang Y T, Zhang P J, Huang Y, Guo C L 2013 J. Modern Phys. 4 1622
[27]	Chen X B, Li M X, Sawanobori N, Zeng Z, Nie Y X 2000 Acta Phys. Sin. 49 2482 (in Chinese) [陈晓波, 李美仙, Sawanobori N, 曾哲, 聂玉昕 2000 49 2482]
[28]	Dantelle G, Mortier M, Vivien D 2005 J. Mater. Res. 20 472
[29]	Hu Z J, Wang Y S, Ma E, Chen D Q, Bao F 2007 Mater. Chem. Phys. 101 234
[30]	Miyakawa T, Dexter D L 1970 Phys. Rev. B 1 2961
[31]	Shin J H, Serna R, van den Hoven G N, Polman A, van Sark W G J H M, Vredenverg A M 1996 Appl. Phys. Lett. 68 997
[32]	Tanabe S, Ohyagi T, Soga N, Hanada T 1992 Phys. Rev. B 46 3305

[1]	高伟, 董军, 王瑞博, 王朝晋, 郑海荣. Er3+/Yb3+共掺NaYF4/LiYF4微米晶体的上转换荧光特性. , 2016, 65(8): 084205. doi: 10.7498/aps.65.084205
[2]	孙佳石, 李树伟, 石琳琳, 周天民, 李香萍, 张金苏, 程丽红, 陈宝玖. 试验优化设计Er3+/Yb3+共掺BaGd2ZnO5荧光粉及其上转换发光性质. , 2015, 64(24): 243301. doi: 10.7498/aps.64.243301
[3]	刘丽莎, 吕树臣, 孙江亭. Er3+/Yb3+共掺TeO2-WO3-Bi2O3玻璃的光谱性质和上转换发光. , 2010, 59(9): 6637-6641. doi: 10.7498/aps.59.6637
[4]	肖思国, 阳效良, 丁建文. Er3+/Yb3+掺杂氟硅铅酸盐微晶玻璃的上转换发光. , 2009, 58(10): 6858-6862. doi: 10.7498/aps.58.6858
[5]	张远宪, 普小云, 祝昆, 韩德昱, 江楠. 回音壁模式光纤激光器的阈值特性研究. , 2009, 58(5): 3179-3184. doi: 10.7498/aps.58.3179
[6]	安利民, 杨延强, 宋维斯, 苏文辉, 曾庆辉, 朝克夫, 孔祥贵. 低强度飞秒激光激发下CdTe和CdTe/CdS核壳量子点的荧光上转换研究. , 2009, 58(11): 7914-7920. doi: 10.7498/aps.58.7914
[7]	甘棕松, 余华, 李妍明, 王亚楠, 陈晖, 赵丽娟. Tm3+/Yb3+共掺氟氧硅铝酸盐玻璃陶瓷蓝色上转换发光研究. , 2008, 57(9): 5699-5704. doi: 10.7498/aps.57.5699
[8]	徐时清, 金尚忠, 赵士龙, 张丽艳, 王宝玲, 王玮, 鲍仁强, 章珏. Tm3+/Yb3+共掺氧卤碲酸盐玻璃上转换发光研究. , 2007, 56(5): 2714-2718. doi: 10.7498/aps.56.2714
[9]	戴世勋, 厉旭杰, 聂秋华, 徐铁峰, 沈祥, 王训四. Yb3+敏化的Er3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃的上转换发光研究. , 2007, 56(9): 5518-5525. doi: 10.7498/aps.56.5518
[10]	吴文智, 闫玉禧, 郑植仁, 金钦汉, 刘伟龙, 张建平, 杨延强, 苏文辉. 水溶性CdTe量子点的稳态和纳秒时间分辨光致发光光谱. , 2007, 56(5): 2926-2930. doi: 10.7498/aps.56.2926
[11]	吴朝晖, 宋峰, 刘淑静, 蔡虹, 苏静, 田建国, 张光寅. LD抽运Er3+，Yb3+共掺磷酸盐玻璃被动调Q激光器的理论分析和数值计算. , 2006, 55(9): 4659-4664. doi: 10.7498/aps.55.4659
[12]	杨殿来, 侯嫣嫣, 赵昕, 刘贵山, 林海, 刘克, Edwin Yue-Bun Pun. Tm3+/Yb3+共掺铋碲酸盐玻璃中的高效蓝色上转换荧光. , 2006, 55(8): 4304-4309. doi: 10.7498/aps.55.4304
[13]	柳祝平, 唐景平, 胡丽丽, 姜中宏. Cr3+,Yb3+,Er3+共掺磷酸盐铒玻璃转镜调Q激光性质研究. , 2005, 54(9): 4422-4426. doi: 10.7498/aps.54.4422
[14]	杨中民, 张勤远, 刘粤惠, 姜中宏. Yb3+/Er3+共掺锗碲酸盐玻璃上转换发光增强机理的研究. , 2005, 54(5): 2013-2018. doi: 10.7498/aps.54.2013
[15]	吴朝辉, 宋峰, 刘淑静, 覃斌, 苏静, 田建国, 张光寅. 上转换对Er3+，Yb3+共掺磷酸盐玻璃激光器输出的影响. , 2005, 54(12): 5637-5641. doi: 10.7498/aps.54.5637
[16]	刘军辉, 毛艳丽, 马文波, 吴谊群, 韩俊鹤, 翟凤潇. 一种新的芴类衍生物的三光子吸收诱导荧光和光限幅效应研究. , 2005, 54(11): 5173-5177. doi: 10.7498/aps.54.5173
[17]	徐时清, 汪国年, 张军杰, 戴世勋, 胡丽丽, 姜中宏. Er3+掺杂重金属氧氟硅酸盐玻璃的上转换发光研究. , 2004, 53(6): 1840-1844. doi: 10.7498/aps.53.1840
[18]	王吉有, 国伟林, 林志明, 宋广智, 赵丽娟, 张存洲, 张光寅. 高光强激发下Er3+/Yb3+共掺TiBa玻璃的绿光上转换发光. , 2002, 51(8): 1861-1864. doi: 10.7498/aps.51.1861
[19]	陈晓波, 李美仙, N.Sawanobori, 曾哲, 聂玉昕. 掺Er3+氟氧化物玻璃陶瓷的直接上转换敏化发光. , 2000, 49(12): 2482-2487. doi: 10.7498/aps.49.2482
[20]	冯衍, 陈晓波, 郝昭, 张光寅, 宋峰, 李美仙. Tm3+,Yb3+共掺ZBLAN玻璃中的能量传递与上转换. , 1997, 46(12): 2454-2460. doi: 10.7498/aps.46.2454

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