1.2.4 Yb3+离子适合掺铋酸盐玻璃的原因

在各种稀土离子中，Yb3+离子能级相对来说比较简单，吸收谱只有2F5/2→2F7/2能级跃迁，高能级向低能级跃迁只能通过这一种方式，不能像Er3+离子相比能够直接用J–O理论计算光谱数值。但是，Yb3+离子具有以下优点：1) Yb3+离子在900nm～980nm之间存在很宽的吸收带，所以泵浦源可选择多种半导体激光器和Ti宝石激光器。2) Yb3+离子在高能态不会发生能态吸收，交叉驰豫，上转换效应，所以会提高Yb3+离子的交叉截面。3)Yb3+离子在900nm以上1150nm以下有较为可观宽度的发射光谱，适合于超短激光脉冲的产生。4) Yb3+离子可作为其它稀土离子的敏化离子。随着LD激光器的发展，在二十世纪九十年代掺Yb3+激光玻璃掀起了热潮，国内外先后有人在掺Yb3+磷酸盐、硼酸盐、锗酸盐和氧氟酸盐玻璃中实现了激光输出。但是，研究工作的工作重心仍然是分析Yb离子在各种破玻璃中的光谱特性，最终研制出掺Yb3+离子玻璃基质的激光放大器。

1.2.5 Yb3+离子掺杂铋酸盐玻璃光谱性质 

Yb3+离子在上转换发光中扮演着的刺激别的离子的发光作用和在红外激光的研究中扮演着负责发光的离子的角色。由于Yb3+离子掺杂玻璃具有吸收和发光带较宽、比较长的上能级寿命的优点，该玻璃有望应用于未来的高峰值功率激光器。由于Yb3+离子只有2F5/2→2F7/2能级跃迁，所以光谱参数不能像Er3+离子那样利用贾德-奥福莱特理论 计算光谱性能数值。目前，对于掺Yb玻璃的研究主要集中在传统的硼酸盐、氧氟酸盐和锗酸盐玻璃体系中，很少有人发表Yb3+掺杂铋酸盐玻璃的文章。Seiki Ohara等人报道了在Yb3+离子掺杂氧化铋玻璃光纤中实现激光输出，当Yb2O3含量达到3mol%时，光纤的吸收系数达到7800dB/m，光纤损耗为0.24dB/m，斜率效率达到36%。另外，Hai Lin等人研究了Tm3+/Yb3+共掺在铋酸盐玻璃中的发光，但是目前为止所报道的稀土掺杂铋酸盐玻璃大多数含有氧化铅等有毒的成分。我们研究了Yb3+掺杂铋硼硅玻璃的光谱性质(BBS)。并且对光谱性质进行了讨论。

1.3 除水工艺

除了要求玻璃基质具有较低的声子能量外，较低的氢氧根含量也是对中红外基质材料的基本要求。因此，基质材料中OH－基的存在严重影响了中红外波段的荧光输出，除水工艺的应用也就成为制备中红外玻璃基质材料的必要工艺。

通常，玻璃基质中残留的羟基主要来自原料自身和玻璃熔制过程中大气向玻璃熔体的扩散。实验室条件下，一般在封闭熔炉中熔制玻璃或者通入保护气体，隔断大气中的水分与玻璃熔体之间的接触，从而可以起到减少 OH－含量的作用。另一种极为常用的方法是反应气氛法(RAP, Reaction Atmosphere Process)，即在样品的熔制的时候中加入定少量的氧气进行熔制，氧气中会携带一些比较好的除水剂与玻璃熔体中的 OH－反应生成可溢出的产物进而达到减少玻璃样品中残留羟基的效果。另外，熔融前向玻璃配合料中加入一定量的NH4HF2，或者向玻璃组份中添加一定的氟化物，通过氟化物与羟基反应生成气体 HF 溢出配合料或玻璃溶液，从而可以起到减少材料中羟基含量的作用。

2 实验内容

2.1 实验配方

制备了60Bi2O3-20B2O3-20SiO2-xYb2O3 (x=1; 2; 3; 5; 7; 10 mol%, 依次记为BBS-1~6)6个玻璃样品。

2.2 具体实验方案

2.2.1 称取原料