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~3μm波长的中红外荧光发射包含了许多大气分子的特征谱线带,在军事对抗、医疗手术、环境污染检测以及光通信等领域有重要应用。本论文主要目的在于研究能够适用于~3μm激光输出的玻璃材料。通过对玻璃基质的组分调整及稀土离子的浓度优化,制备出了适用于~3μm发光的玻璃材料。本文首先制备了不同Ga2O3含量的锗酸盐玻璃,对玻璃样品进行了XRD分析。发现当Ga2O3含量达到25 mol%时,玻璃开始变得不透明。对未析晶样品进行了热分析、发现所制备的样品具有较高的ΔT和kgl(140°C和0.176)。进一步研究了玻璃的结构、物理及光学性能,通过拉曼光谱分析发现玻璃的最大声子振动频率随着Ga2O3含量的增加逐渐向低波数方向移动。测试了Er3+的吸收光谱,讨论了J-O参数及辐射性质。研究了玻璃的红外透过光谱,发现样品的最大透过率高达84%。中红外荧光光谱表明2.7μm发射强度随着Ga2O3含量增加先降低后增加。计算发现所制备样品的最大发射截面可达4.68×10-21 cm2。利用速率方程和Inokuti-Hirayama模型计算了能量转移参数及能量转移上转换系数,解释了2.7μm荧光行为。在前一章研究的基础上,进一步制备了R2O3(R=Al/Y/Gd/La)及Nb2O5改进的锗酸盐玻璃。研究了R2O3对玻璃密度、折射率等物化参数的影响,比较了R2O3及Nb2O5对其热稳定性、析晶活化能等热力学性能。发现Y2O3改进的玻璃具有更高的ΔT及kgl值(175°C和0.224)。研究了样品的拉曼光谱,对其玻璃结构及最大声子能量进行了分析。中红外荧光光谱分析表明Y2O3改进的锗酸盐玻璃在2.7μm处具有较高的荧光强度及发射截面。研究了Er3+的能量转移过程,讨论了2.7μm荧光增强的机理。采用Y2O3改进的锗酸盐玻璃为基质,研究了Er3+浓度对其2.7μm荧光性能的影响,发现所制备的样品能实现6 mol%Er3+的高浓度掺杂而没有荧光猝灭。基于上转换及近红外荧光光谱,提出了合理的能量转移机理。研究发现激发态吸收(ESA2)、交叉弛豫(CR)及能量转移上转换(ETU2)过程随着Er3+浓度的增加而变强。这些过程均有利于提高激光上下能级的粒子数反转,增强2.7μm荧光发射。制备了Er3+/Tm3+共掺锗酸盐玻璃,发现Tm3+能够有效的敏化Er3+粒子,显著增强了2.7μm发射。讨论了Tm3+与Er3+间的能量转移机理并计算了Tm3+与Er3+间的能量转移微观参数及能量转移效率。结果表明Er3+:4I13/2→Tm3+:3F4的能量转移系数(2.94×10-39cm6/s)远大于Er3+:4I11/2→Tm3+:3H5的值(0.93×10-40 cm6/s)。通过速率方程分析,进一步证实了2.7μm,1.8及1.53μm荧光变化。制备了Er3+-Yb3+共掺锗酸盐玻璃,在980nm波长泵浦下,Er3+-Yb3+共掺样品的2.7μm、1.53μm及上转换发射强度明显高于Er3+单掺样品。随着Yb3+浓度的增加,其发射强度单调增加,没有出现明显的荧光猝灭现象。接着讨论了Er3+与Yb3+的能量转移机理,Yb3+:2F5/2→Er3+:4I11/2的能量转移微观参数高达1.42×10-39 cm6/s。本文最后研究了Ho3+/Yb3+共掺锗酸盐玻璃的2.9μm光谱性能。基于吸收光谱及J-O理论,计算了Ho3+的Judd-Ofelt强度参数及辐射性质,发现Ho3+:5I6→5I7跃迁(2.9μm)的自发辐射跃迁几率高达36.66 s-1。中红外荧光光谱表明当Ho3+:Yb3+的浓度比为0.1:2时,2.9μm荧光最强。计算的2.9μm发射截面高达8.58×10-21 cm2,当反转粒子数P为0.5时,在2866-3000nm处的增益为正。通过上转换、近红外及中红外光谱分析,讨论了Ho3+和Yb3+的能量转移机理,计算了Yb3+到Ho3+的能量传递效率及能量传递系数,分别为35.8%和4.06×10-40 cm6/s。最后利用YokotaTanimoto模型计算了不同Ho3+浓度的Yb3+到Ho3+的能量转移系数,发现随着Ho3+浓度的增加,其值逐渐减小,这表明5I6能级的粒子数随着Ho3+浓度而降低,与实验结果一致。