Al³⁺/Yb³⁺/P⁵⁺掺杂对石英玻璃紫外透过和紫外激发荧光的影响

邵冲云^1,2，许文彬^2,3，刘力挽^1,2，杨秋红¹，胡丽丽²，周秦岭²，王世凯²

1. 上海大学材料科学与工程学院2. 中国科学院上海光学机械精密研究所3. 中国科学院大学

摘 要：采用溶胶–凝胶法结合高温真空烧结工艺制备了不同浓度的Al³⁺/Yb³⁺/P⁵⁺掺杂石英玻璃。研究了P⁵⁺和Al³⁺的引入对Yb³⁺掺杂石英玻璃紫外透过和紫外激发荧光光谱,以及Yb4d电子结合能的影响,并初步探索了其机理。研究结果表明,Al³⁺/Yb³⁺/P⁵⁺掺杂石英玻璃在190³00 nm波段的吸收主要来源于O2-→Yb³⁺的电荷迁移吸收,其谱带位置和Yb4d电子结合能随Yb³⁺的第二配位元素（Al、Si、P）电负性增大向高能方向移动。真空烧结条件下,引入Al³⁺会引发石英玻璃中Yb³⁺还原为Yb2+,其典型的吸收峰位于330 nm处;然而,在Al³⁺/Yb³⁺共掺的基础上再引入P⁵⁺,且P⁵⁺/Al³⁺摩尔比大于1时,可以有效抑制Yb2+的形成。紫外光激发引起的近红外发光（976 nm）是电子从电荷迁移态弛豫到Yb³⁺激发态向基态跃迁的结果,可见发光（525 nm）归因于Yb2+的5d→4f跃迁。本文研究结果对通过优化工艺和调整组分制备出高性能的Yb³⁺掺杂光纤具有一定的指导意义。

关键词：Yb3+掺杂石英玻璃;紫外吸收带;电荷迁移;Yb2+;