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三价铒离子在ZBLAN中光学跃迁的研究

更新时间 2009-9-12 23:03:55 点击数:

三价铒离子在ZBLAN中光学跃迁的研究
The Investgation of Optical Transition in Er3+ Doped ZBLAN Glasses
【中文摘要】 本文通过McCumber理论与Fuchtbauer-Ladenburg公式对三价铒离子掺杂的ZBLAN玻璃样品的激发态吸收截面进行了计算。在McCumber理论的计算过程中,由于需要用到Judd-Ofelt参数对激发态截面进行计算。因此,Judd-Ofelt参数的计算误差将会影响到激发态吸收截面计算结果的精确性。我们研究了Er3+离子在ZBLAN玻璃中的光学跃迁情况,分析了可能影响J-O参数计算精度的因素。对Er3+离子的J-O强度参数进行了仔细的计算,在计算中考虑样品折射率随着波长的变化关系以及在确定峰值位置时采用重心波数(波长),以减小计算的误差。对J-O强度参数的计算结果进行了误差分析,并与先前文献中的结果进行了对比,得到了比较可靠的J-O强度参数值。利用得到的J-O强度参数数据,我们计算了Er3+:ZBLAN的4I11/2→4I13/2与4S3/2→4I13/2跃迁的激发态吸收截面。利用Quimby等人改进后的McCumber理论与Fuchtbauer-Ladenburg公式通过发射截面与吸收截面的关系,从激发态发射光谱计算得到相应跃迁的激发态吸收截面。同时,我们通过激发态吸收截面与发射截面计算出了样品4I11/2→4I13/2与453/2→4I13/2跃迁的增益系数谱。
【英文摘要】 The excited state absorption cross sections for 4I13/2→4S3/2 and 4I13/2→4I11/2 transitions in Er3+ doped ZBLAN were achieved by using the reciprocity relationship in the framework of McCumber theory. The McCumber theory is relative to the Judd-Ofelt intensity parameters, thus the precision in J-O theoretical calculation is quite important. Optical transition intensity parameters of Er3+ in ZBLAN were carefully calculated, and the obtained results were compared with those reported by others.The emission cross sections of 4S3/2→4I13/2 and 4I(11/2)→4I13/2 transitions were confirmed according to the Fuchtbauer -Ladenburg (FL) formula. The excited state absorption cross sections for 4I13/2→4S3/2 and 4I13/2→4I11/2 transitions were achieved by using the reciprocity relationship in the framework of McCumber theory. The laser gain properties of 4S3/2→4I13/2 and 4I11/2→4I13/2 transitions were discussed.

【中文关键词】 J-O理论; Er3+:ZBLAN; 强度参数; 激发态吸收
【英文关键词】 Judd-Ofelt theory; ZBLAN:Er3+; Intensity parameters; Excited state absorption
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摘要 5-6
ABSTRACT 6
引言 9-11
第1章 稀土离子掺杂玻璃材料的制备及表征 11-28
    1.1 稀土离子掺杂玻璃材料的种类及合成方法 11-19
        1.1.1 玻璃的基础理论 11-16
        1.1.2 稀土离子掺杂玻璃材料的种类 16-17
        1.1.3 稀土离子掺杂玻璃材料的合成方法 17-19
    1.2 玻璃材料的表征 19-25
        1.2.1 玻璃材料的物理表征 19-22
        1.2.2 玻璃结构表征 22-23
        1.2.3 玻璃材料的光学表征 23-25
    1.3 Er离子掺杂发光材料的应用领域 25-28
第2章 稀土离子能级与光学跃迁 28-35
    2.1 稀土离子的能级 28-31
        2.1.1 稀土离子简介 28-29
        2.1.2 稀土离子的电子结构和光谱项 29-31
    2.2 稀土离子光学跃迁的Judd-Ofelt理论 31-35
        2.2.1 跃迁振子强度 32-33
        2.2.2 跃迁几率 33-35
第3章 ZBLAN:Er~(3+)光学跃迁强度参数的计算及评价 35-43
    3.1 提高光学跃迁计算精度的物理考虑 35-38
        3.1.1 折射率随波长的变化 35-37
        3.1.2 平均波数采用重心值 37-38
    3.2 ZBLAN:Er~(3+)的Judd-Ofelt参数的计算及误差分析 38-39
    3.3 计算结果的比较与评价 39-43
        3.3.1 振子强度与J-O强度参数计算结果 39-40
        3.3.2 Er~(3+)的~4I_(13/2)→~4I_(15/2)辐射跃迁几率与第一激发态吸收截面的关系 40-43
第4章 Er~(3+):ZBLAN的激发态吸收截面的计算 43-51
    4.1 光学跃迁截面的计算方法 43-44
        4.1.1 McCumber理论 43-44
        4.1.2 Fuchtbauer-Ladenburg公式 44
    4.2 ZBLAN:Er~(3+)的激发态吸收截面 44-51
        4.2.1 ZBLAN:Er~(3+)激发态吸收截面的计算方法 44-45
        4.2.2 ZBLAN:Er~(3+)的~4I_(11/2)→~4I_(13/2)与~4I_(3/2)→~4I_(13/2)发射截面与光学增益特性 45-51
结论 51-52
参考文献 52-56
附录 最小二乘法线性拟合 56-59
攻读学位期间发表的论文 59-60
致谢 60

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