光纤耦合论文

『壹』 高锟在光通信方面的突破性成就 急急急！！！

新华网北京10月6日电（记者 杨骏）瑞典皇家科学院6日宣布，将2009年诺贝尔物理学奖授予英国华裔科学家高锟以及两位美国科学家。高锟获奖，是因为他在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”做出了突破性成就。

高锟被誉为“光纤之父”。早在1966年，高锟就在一篇论文中首次提出用玻璃纤维作为光波导用于通讯的理论。简单地说，就是提出以玻璃制造比头发丝更细的光纤，取代铜导线作为长距离的通讯线路。这个理论引起了世界通信技术的一次革命。随着第一个光纤系统于1981年成功问世，高锟“光纤之父”美誉传遍世界。

高锟还开发了实现光纤通讯所需的辅助性子系统。他在单模纤维的构造、纤维的强度和耐久性、纤维连接器和耦合器以及扩散均衡特性等多个领域都作了大量的研究，而这些研究成果都是使信号在无放大的条件下，以每秒亿兆位元传送至距离以万米为单位的成功关键。

高锟1933年在上海出生。1949年随家前往香港。1954年赴英国伦敦大学攻读电机工程，并于1957年及1965年获学士和哲学博士学位。从1957年开始，高锟即从事光导纤维在通讯领域运用的研究。1987年10月，高锟从英国回到香港，并出任香港中文大学第三任校长。从1987年到1996年任职期间，他为中文大学罗致了大批人才，使中大的学术结构和知识结构更加合理。在与内地科技界的交流合作中，他主张“一步一步把双方的联系实际化”。高锟于1996年当选为中国科学院外籍院士。

由于他的杰出贡献，1996年，中国科学院紫金山天文台将一颗于1981年12月3日发现的国际编号为“3463”的小行星命名为“高锟星”

『贰』 谁可以推荐几本有关光隔离器的书!(英文的也可以)

视光学——眼镜光学 ￥13.30元
眼镜光学是应用光学的一个分支，本书作为视光学教育的丛书之一，以应用光学中几何光学的理论为基础，着重阐明了眼镜镜片作为单一的光学元件及与人眼共轴组合的等效系统的光学特性。 ...
非线性光学 ￥30.40元
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光学工程基础（一） ￥23.75元
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纳米技术中的显微学手册 第1卷:光学显微学、扫描探针显微学、离子显微学和纳米制造 ￥74.10元
现代显微学在纳米技术领域的研究和发展中起到“眼睛”和“手”的功能。迄今，人们仍在孜孜不倦地寻找纳米尺度上的“火眼金睛”。本手册的目的在于提供关于各种显微学的原理及其在该迅猛发展的领域内应用的综述参考书。本手册共有22个专题，每一专题都由不同研究领域的 ...
光学教程 ￥45.60元
本教程以物理光学和应用光学为主体内容。第1章到第3章为应用光学部分，介绍了几何光学基础知识和光在光学系统中的传播和成像特性，注意介绍了激光系统和红外系统；第4～8章为物理光学部分，讨论了光在各向同性介质、各向异性介质中的传播规律，光的干涉、衍射、偏振?...
光学显微分析 ￥33.25元
本书为高等院校材料科学与工程专业“光学显微分析”课程教材。全书共分18章，内容包括：光学显微分析的基本方法（第1章至第12章）；金相及岩相的典型组织分析（第13章至第18章）。本书除了介绍光学显微分析的基本原理和方法外，每章后附有实验要求及思考题。本?...
光学原理（第七版）（下册） ￥50.35元
本书是一部经典光学世界名著。全书以麦克斯韦宏观电磁理论为基础，系统阐述光在各种媒质中的传播规律，包括反射、折射、偏振、色散、干涉、衍射、散射以及金属光学（吸收媒质）和晶体光学（各向异性媒质）等。几何光学也作为极限情况（波长λ→0）而纳入麦克斯韦方 ...
光学原理（第七版）（上册） ￥37.05元
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光学传感与测量 ￥26.60元
本教材系按原电子工业部制定的工科电子信息类专业教材1995～2000年编审出版计划中的重点教材，由电子技术专业教学指导委员会审定并推荐出版。兰信钜教授担任责任编委，华中理工大学叶嘉雄教授担任主审。 本书的编写有两个目的，一是作为工科电子类(非光电子技术)测 ...
光学 ￥21.85元
本书以“光是什么”为主线，以“h-r”判据对光学现象进行分类，分别介绍了光的波动性、电磁性、量子性和非线性．全书注重物理思想的阐述，注重基本概念、基本原理和基本方法的介绍；叙述力求逻辑严谨、深入浅出． 为了加强普通物理学与近代科学的有机联系，本?...
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光学电磁理论 ￥30.40元
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工程光学 ￥27.55元
本书系统地介绍了几何光学和波动光学的基础理论。全书共分14苹。前9章以几何光学为基础，介绍了几何光学的基本定律、球面系统和平面系统的成像规律、高斯光学的基本理论及像差的基本概念，并介绍了典型光学系统和部分现代光学系统的原理和特性；第10～14章以波动光?...
集成光学 ￥26.60元
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光学与光学工程——庆贺王大珩院士诞辰90周年学术论文集 ￥80.75元
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非线性光学晶体材料科学（第二版） ￥33.25元
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光折变非线性光学及其应用 ￥36.10元
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『叁』 本科论文课题是长周期波导光栅耦合器的理论研究，哪位高手能帮忙推导一下公式以及matlab画图！非常感谢

耦合器的插入损耗，附加损耗，分光比和隔离度的公式，急用在线等。 馈线损耗四舍五入到小数点后第一位 5dB耦合器 耦合端损耗 5dB 直通端损耗 1.7

『肆』 大神们帮忙做一下下面的题目（解题过程发至 [email protected] )

收稿日期：!""! # $" # $%&
基金项目：广东省自然科学基金资助项目（’%"!(’，’%")*+，
""$!*’）,
光通信
多模光纤出射光束光强分布的研究
齐晓玲，王福娟，蔡志岗，江绍基
（中山大学光电材料与技术国家重点实验室，广东广州!"#$%!）
摘要： 采用横向偏移法测量以-./ 为激励源的多模光纤纤芯截面光强分布和出射光束的
传输特性，将光强分布从近距光强分布和远距光强分布两方面进行讨论，比较分析了理论曲线与实
验曲线，指出-./ 作为光源的多模光纤光强分布非常有利于光耦合，并可通过测量多模光纤光强
分布得到光纤数值孔径的大小。
关键词： 光耦合；光强分布；数值孔径
中图分类号： 01!2) 文献标识码： 3 文章编号： $""$ # 2%+%（!"")）"! # "$$( # "*
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KP8<JM7JJ79< TE8P8TKLP7JK7TJ 9O KP8<JM7KKLN SL8M 9O MA;K7M9NL 9UK7T8; O7SLP& 0EL 7<KL<J7KI N7JKP7SAK79< S9KE 7<
<L8P:O7L;N 8<N O8P:O7L;N 7J N7JTAJJLN PLJULTK7QL;I 8;9<= R7KE 8<8;IJ7J 9O KEL N7OOLPL<TL SLKRLL< KEL9PLK7T M9NL;
8<N LVULP7ML<K8; N8K8& 5K 7J 7<N7T8KLN KE8K KEL 7<KL<J7KI N7JKP7SAK79< 9O MA;K7M9NL 9UK7T8; O7SLP U9RLPLN SI -./
7J O7K O9P 9UK7T8; T9AU;7<= 8<N T8< SL AJLN K9 T8;TA;8KL <AMLP7T8; 8ULPKAPL（13）9O MA;K7M9NL 9UK7T8; O7SLP&
@), M1.6*： 9UK7T8; T9AU;7<=；9UK7T8; 7<KL<J7KI N7JKP7SAK79<；<AMLP7T8; 8ULPKAPL
$ 引言
随着光纤通信技术的发展和密集波分复用
（/>/W）系统的应用，全光交换成为新一代全光网
的核心技术。光耦合包括光纤之间、光纤与光源之
间、光纤与探测器之间的耦合，是构成全光交换的重
要技术［$］。研究光纤出射光束的光强分布对有效光
耦合，即耦合对准时间短、耦合损耗小，起关键性作
用。
横向偏移法［!］是一种用于探测光纤出射光束光
强分布的方法。目前，广泛使用的远场法［)］
（ 0P8<JM7KKLN @8P:O7L;N ）和发射近场测量法［*］
（0P8<JM7KKLN 1L8P:O7L;N）都是基于横向偏移法的工作
原理。前者是用于测量光纤数值孔径的大小，后者
是最直接，最简单测量模场直径的方法。
本文以提供有效光耦合的理论依据为目的，以
-./ 作为激励源，采用横向偏移法研究多模光纤芯
截面的光强分布和出射光束的传输特性。首先进行
了理论分析，并采用此方法测量了多模光纤出射光
束的光强分布，最后对实验结果进行了详细的分析，
并从近距（探测光纤与被探测光纤间的距离在2"
!M 内）和远距（探测光纤与被探测光纤间的距离在
$)"!M 以外）对多模光纤出射光束的光强分布进行
讨论。
! 理论
多模光纤中存在模式耦合和模式转换，使各模
式所携带的能量比例随光纤长度而变，直到达平衡
长度为止。只有达到平衡长度后光纤端面才有稳定
的功率分布，从而有稳定的耦合损耗［2］。
$B" 稳态功率分布与激励条件
$$( 万方数据
激励条件主要是指耦合到光纤中的入射光束的
数值孔径和光斑大小。有效的耦合要求入射光束的
数值孔径和光斑直径与光纤的数值孔径和芯径相匹
配，即等于或大于光纤的数值孔径和芯径，从而使光
纤中的所有模式充分激励，易于实现稳态功率分布。
!"# 的谱线宽，可以激励光纤中的所有传输模式，使
光纤易于达到稳态功率分布。
实现稳态功率分布的装置主要是扰模器，其作
用是将初期的辐射模式或某些不稳定的模式经过模
式耦合转变成稳定的导行模，或者由辐射而消失，最
后形成模式的稳态分布［$］。
!"! 多模光纤芯截面的光强分布
假设采用芯径相同的阶跃多模光纤分别作为探
测光纤和被探测光纤，认为光纤端面有稳定的功率
分布，且输入、输出光纤芯子上的光功率都是均匀分
布的。两相同的多模阶跃光纤，轴线横向位移为!，
使两耦合光纤的端面错开，如图% 所示。
图% 横向偏移! 的两耦合光纤截面图
耦合损耗由两光纤端面的不重合引起。所以光
纤耦合效率! 将由输入光纤面积"&
和输出光纤的
有效接收面积"’ （图% 中阴影部分）决定［(］：
"& # !$)
"’ # ) $)*+,,-. !
)$ % !$
) % % !
[ ! ( )$ ) ] ) （%）
! # "’
"&
# )!
*+,,-. !
)$ % !
)$ % % !
) ( ) [ ! $ ] )
!"# 多模光纤远距的光强分布
在稳态功率分布条件下测量光纤的远距强度分
布，比较接近高斯分布（见后面实验测量曲线图(）。
/ 实验
实验中，我们采用横向偏移法来探测多模光纤
出射光束的光强分布，即使用两根光纤对接耦合，测
量其耦合效率（或称功率传输函数）与光纤横向偏移
量的关系，并从测量曲线上确定光强功率分布。
实验采用参数相同的两根多模光纤分别作为探
测光纤与被探测光纤对接耦合，测量其耦合效率。
选用多模光纤作为探测光纤，这是由于其相对于单
模光纤具有好的信噪比且数值孔径大［0］，因此，能将
尽可能多的光耦合到光纤中，使得光功率计读取的
数据能更真实的反映光纤出射光束的实际光强分
布。实验所用多模光纤为渐变型多模光纤，数值孔
径为12)3( 4 121%(，芯径为$)2("5。
首先，用光纤拨线钳分别把两光纤6%，6) 一侧
端面的光纤套管和缓冲涂覆层拨去，用酒精将裸光
纤表面擦干净，后用光纤切割刀切端面，并用)11 倍
的光学显微镜观察，可得到清洁、平整、垂直光纤轴
的光纤端面。然后把6% 和6) 光纤分别绕过扰模器
’，将6% 的裸端面一侧固定在三维调节架&%（精度
为%1"5），另一端通过光纤活动连接头与光源相
联。为了便于得到稳态功率分布，我们采用!"# 光
源，其波长为% ((1 75；将6) 的裸端面固定在二维
调节架&)（一维精度是%1"5，另一维可调角度，精
度为%8），另一端接光功率计9，如图)。
图) 实验测试装置图
假定光纤轴向为& 轴，零点为6% 裸端面处，’
轴为通过光纤芯径的一个方向。!"# 发出的光入射
到6%，调节6)，使光纤6% 和6) 在轴向上对准，光束
从6% 裸端面出射耦合到6) 中，最后进入9。在不
同& 点，沿’ 方向移动6% 端面，读取一系列数据，为
了排除光功率计读数的不稳定性，我们取每个测量
点多个读数的平均，最后通过记录的光功率数据所
作的曲线可确定光纤芯截面的光强分布和光束的传
输特性。
0 讨论
我们把!"# 光源激发的多模光纤出射光束的
光强分布分为近距和远距的光强分布来分析。
$"% 近距光强分布
图/（*）:（;）分别为探测光纤端面与被探测光
纤端面距离，即& 分别为1，%1，/1，(1"5 所对应的
关系曲线，其中横坐标表示沿’ 方向的横向偏移与
%%< 万方数据
纤芯半径的比值! " #，纵坐标表示耦合效率!。由
图! 可以得出：
（"）随着探测光纤端面与被探测光纤端面之间
的距离增大，光纤最大耦合效率总的趋势减小，但是
$ 在#$!% 以内减少的非常缓慢，耦合效率有微小
的起伏，但仍在实验误差范围以内（见表"），因此，
光耦合效率受两光纤端面距离影响较小，插入损耗
标准一定时，可以主要考虑其它引起损耗的因素，而
对两光纤距离的要求可以适当降低。
表! 不同! 处的最大耦合效率
$ &!% $ "$ !$ #$
! $’($" )! $’*+, *- $’** $’*-
插入损耗& ./ $’$)# $’$#( $’$#- $’$--
（,）大部分能量集中在多模光纤的纤芯直径
-,’#!% 内，也就是图中所画黑色方框（宽-,’ #!%，
长$’(!%）内。这是由于光功率主要集中在被探测
光纤芯径中传输，所以探测到的光功率主要集中在
-,’#!% 的范围内。
（!）光耦合效率在芯径范围内存在一个平顶现
象。实验中为了得到稳定功率分布，我们采用了
012 光源，从而尽可能的激发起多模光纤可存在的
所有模式，光纤出射光束的光强分布是各阶模式叠
加的结果，可以认为光功率在纤芯截面上是均匀分
布的。因此，在纤芯截面上耦合效率出现平顶现象。
为了进行对比，我们还采用了02 作为激励源进行
了相同的实验，实验结果如图) 所示。02 光源只能
激发出多模光纤中的低阶模式，光功率主要集中在
纤芯轴附近，其出射光强分布近似于高斯分布，而不
存在平顶。由此可以得出：在城域网或局域网中用
多模光纤传输信息时，使用012 光源非常有利于光
纤间的耦合。
（)）图!（3）中虚线是根据公式（"）画出的理论
曲线。可以看出，实验曲线和理论曲线有相当大的
差别。一方面，实验曲线出现平顶现象，理论曲线没
有。另一方面，理论曲线比实验曲线的耦合效率减
少的快。这是因为虽然我们在实验中为了尽量满足
理论推导的假设条件———光纤芯截面光强均匀分
布，采用了012 光源和扰模器，但实验中被探测多
模光纤的光强不仅分布在纤芯中，还进入到了光纤
包层中。此外，采用多模光纤探测不能简单地认为
是以点探测，而是以探测光纤端面来探测，功率计读
（3） $ 4 $!%
（5） $ 4 $!%
（6） $ 4 $!%
（.） $ 4 #$!%
图! 横向偏移量和耦合效率的关系
图) 02 作为激励源的光强分布
""( 万方数据
取的数据实际上是探测光纤端面接受到数值孔径范
围内被探测光纤的纤芯和包层出射光束的总功率。
因此，实验曲线出现了平顶现象。导致实验曲线中
耦合效率较之理论曲线减少的慢也是基于上述原
因。理论公式中没有考虑光纤包层可能传输的光功
率对耦合的影响。可见，采用简单的几何光学分析
多模光纤光强分布是不够的。
!"# 远距光强分布
图!（"）#（$）分别为探测光纤端面与被探测光
纤端面距离! 分别为%&’，&’’，% ’’’，( ’’’!) 所对
应的关系曲线，其中横坐标表示沿" 方向的横向偏
移，纵坐标表示耦合功率#。由图! 可以得出：（%）
图中各点代表实验点，曲线是高斯拟合曲线。可以
看出实验曲线和高斯曲线拟合的非常好，已在图中
标出。说明多模光纤出射光束的远距光强分布呈高
斯分布。（*）从各图横坐标的范围可以看出，随着探
测光纤端面与被探测光纤端面距离增大，可测得的横
向偏移越大，说明出射光束是不断发散的，见图+。
（"） ! , %&’!)
（-） ! , &’’!)
（.） ! , % ’’’!)
（$） ! , ( ’’’!)
图! 距离被探测光纤端面不同点的光强分布
图+ 归一化光强#/
分布
（&）根据图! 求出探测光纤端面与被探测光纤
端面不同距离的功率半高宽，并作图（见图(）。可
以通过光纤出射光束远距%&’ # &’’!) 的光强分布
求出光纤的数值孔径为’0 *+，这与已知的数值孔径
’0*(! 1 ’0’%! 比较吻合。
图( 距被探测光纤不同距离的功率半高宽
由以上分析可知，近距分布就是指探测光纤端
面与被探测光纤端面距离约在!’!) 以内的光强分
布。其分布在芯径+*0!!) 内约!’!) 左右呈均匀
分布，且耦合效率减少缓慢，便于进行光耦合。远距
分布指探测光纤端面与被探测光纤端面距离约在
%&’!) 以外的光强分布，呈高斯分布，根据其光强
分布的实验曲线可求出光纤的数值孔径。
（下转第%&’ 页）
%*’ 万方数据
! 结论
各向异性刻蚀是"#"$ 工艺中非常重要的一
环。%"&’ 由于具有刻蚀速度快、刻蚀的晶向依赖
性好、毒性低、易控制，以及与(")$ 工艺兼容等优
点而成为"#"$ 湿法刻蚀工艺中常用的刻蚀剂。为
了解决%"&’ 在刻蚀硅的过程中刻蚀表面易形成小
丘的问题，通过采用在底质量百分比的%"&’ 溶液
中添加硅酸和过硫酸铵的方法，得到了较高的刻蚀
速度和光滑的刻蚀表面。从实验中也可以发现，要
获得理想的刻蚀效果，刻蚀液配方和刻蚀流程的选
择是非常重要的因素。
致谢：实验中得到了中国电子科技集团公司第
** 研究所的大力支持与合作，在此致以真诚的谢
意。
参考文献：
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现状［#-. /0］, 1223：. . 444, 5522367, 879, 24. 3:;<3=+>?,
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"C867HGH82679@81@IC8@G $D52H95，+BBM，!（*）：>;+ N >;?,
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［! ］ $FGGC\@I R， )JJ76Q - T， &]GFJC " #, %H26@Z9H21DG
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CIJ6@6HQ 3CKHG @66@D5［ &］, %H81IC8@G /78F9HI2 ;<B?，
L@IF@6D，><<<,
作者简介：
罗元（+B?> N ），+BB; 年毕业于浙江大学，+BBM
年在重庆邮电学院获工学硕士学位，现为重庆大学
光电工程学院博士生，研究方向为光纤通信及
"#"$ 光通信器件，已在国内外刊物和国际学术会
议上发表论文近+< 篇。
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（上接第+>< 页）
! 结论
我们采用横向偏移法测量了多模光纤出射光束
的光强分布，并从近距光强分布和远距光强分布两
部分进行了分析。0#/ 可以激发出多模光纤的所有
模式，光功率在纤芯截面上呈均匀分布，随着探测光
纤与被探测光纤端面的距离增大，光纤出射光束在
空气中传输超过+;<!9，其光强分布呈高斯分布。
从实验中了解0#/ 作为激励的多模光纤近距光强
分布，可知光耦合中存在微小横向偏移和间隙时对
耦合效率影响不大，有利于缩短耦合对准时间，并得
到理想的耦合效率；由远距光强分布图可求出多模
光纤的数值孔径。
参考文献：
［+］ RH2H6 _ & , "C867 Z 732C8@G JCOH6 54C281 J76 @ G@6=H
IF9OH6 7J CI2H687IIH825 F5CI= @ QHJ769@OGH 9C667［6 L］, Y###
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［!］ %5F81CD@ ’ ， W@]@=79H ’ , /7FOGH H88HI26C8
87IIH82765 J76 732C8@G JCOH65 ［L］, &33G, )32, ，+B??，+M（!）：
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［M］ 彭吉虎，吴伯瑜, 光纤技术及应用［"］, 北京：北京理
工大学出版社，+BB!, !B N M>,
作者简介：
齐晓玲（+B?> N ），女，山西太原人，+BBM 年毕业
于南京邮电学院无线电工程系，><<< 年开始攻读硕
士学位，主要从事信息光子学的研究。
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+;< 万方数据
多模光纤出射光束光强分布的研究
作者： 齐晓玲， 王福娟， 蔡志岗， 江绍基
作者单位： 中山大学,光电材料与技术国家重点实验室,广东,广州,510275
刊名：
半导体光电
英文刊名： SEMICONDUCTOR OPTOELECTRONICS
年，卷(期)： 2003，24(2)
引用次数： 12次
参考文献(6条)
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image analysis 2000(5)
4.GisinN.Passy R.Perny B Optical fiber characterization by simultaneous measurement of the
transmitted and refracted near field 1993(1)
5.Tsuchiya H.Nakagome H Double eccentric connectors for optical fibers 1977(5)
6.彭吉虎.吴伯瑜光纤技术及应用 1995
相似文献(8条)
1.学位论文齐晓玲 光通信元器件中光耦合的研究 2003
该文对光通信元器件中的光耦合进行了深入的研究.主要内容包括:首先,对光耦合理论的研究.该文从光线理论和电磁波理论出发,综述了光纤耦合的
插入损耗、传光特性的理论,深入研究了普遍适用于光通信中计算耦合效率的理论公式.其次,进行了光纤间耦合实验.分析了多模光纤出射光束的光强分
布,研究了存在轴向偏移、横向偏移或其他因素时对光耦合的影响.最后,在深入讨论光纤间耦合实验结果和理论分析光纤与波导间耦合的基础上,综述了
光纤端面修饰的各种方法,理论研究了SMF+GIF光纤对模场半径的改变,并与实验结果进行了比较,为更好的得到不同光元器件的耦合进行了有意义的尝试.
2.期刊论文程湘.王宇华.段发阶.叶声华.CHENG Xiang.WANG Yu-hua.DUAN Fa-jie.YE Sheng-hua 光纤间光的耦合
研究-光电子·激光2005,16(4)
使用简化为一维积分的数值方法计算分析了光纤耦合效率和接收光功率,为应用时的设计计算和测量数据的分析计算提供了一个准确方法
.62.5/125多模光纤在高斯光强分布下的数值计算结果与实验测量结果的一致性表明,高斯光束可以较好地表示光纤光强的分布.对光纤耦合系数和近场范
围内的光纤接收光强的测量数据的分析必须使用准确的方法计算,近似方法存在较大的误差.
3.学位论文秦华 固体激光介质对泵浦光的吸收理论与Cr<'4+>：YAG调QNd：YVO<,4>激光器实验及耦合系统分析
2005
激光二极管泵浦代替灯泵浦是固态激光器发展的历史选择，一是因为激光二极管泵浦的固体激光器比灯泵浦的固体激光器有更高的效率和更好的频
率稳定性且线宽变窄；二是相对于直接使用激光二激管本身，激光二极管泵浦的固体激光器线宽窄、峰值功率高、亮度高等优点。 本文从固体激
光器的发展历史出发，阐述了二极管泵浦的全固化激光器在激光器领域中重要地位的形成及发展趋势，对其存在的问题及解决这些问题已有的做法也作
了简单的总结。本文还在如下几个方面作了新探索。 1.激光晶体对泵浦光的吸收亦即泵浦光在激光介质中的变化。 迄今为止，人们一直使
用比尔公式(I=I0e-βL，β为吸收系数，L为光在激光介质中的传输距离，I0为入射光强，I为L处光强)来计算固体激光介质中抽运光强度的变化。但是
本文认为比尔公式存在一个应用范围，即入射光强I0较小时此公式才适用。本文从激光介质中能量传输和能级跃迁速率方程出发，在一定的近似条件下
，给出了抽运光强度变化的解析解。结果表明，在一定传输距离范围内，随着抽运光能量密度的增大，增益介质对抽运光的吸收规律逐渐由指数函数变
为近似线性函数。把这个理论应用于具体激光晶体，给出了泵浦光在激光晶体中随传输距离指数变化、线性变化范围以及介于这两者之间的泵浦光的变
化规律。论文第二章介绍了这方面的工作。 2.全固化激光器中激光晶体与泵浦光的耦合尤其是大尺寸激光二极管阵列的光耦合是高效全固化激光
器的关键问题。本文根据激光二极管的发光特性，分析了由微柱透镜阵列和透镜导管组成的耦合系统。较之前人的分析，本文给出了详细的数学处理过
程，结合此数学处理方法用Matlab编制了一整套程序，包括模拟光线在耦合器件中的传输过程程序、光束通过耦合器件后光强在垂直光传输方向上光强
分布程序及光耦合效率程序。其中对于透镜导管的模拟结果得到了与前人不同的结论，即光束经过透镜导管后随着离透镜导管出口越来越远光斑分裂。
而这之前一直认为透镜导管出口后的光强是准高斯分布。本论

『伍』 张红霞的发表论文

张红霞，刘海涛，井文才，徐天华，贾大功，张以谟，保偏光纤偏振耦合应力传感器的研究，光电子?激光，2008, 19(11): 1442-1445 (EI085011777519)
张红霞，张以谟，井文才，刘琨，贾大功，李朝辉，偏振耦合测试仪中白光干涉包络的提取，光电子?激光，2007, 18(4): 450-453（EI 072410652487）
张红霞，贾大功，唐锋，白光扫描干涉仪用于保偏光纤偏振耦合测试，红外与激光工程，2007, 36(3): 305-308 (EI 073110717226)
张红霞，唐锋，井文才，刘琨等，偏振耦合测试在分布式应力传感中的理论分析，传感技术学报，2007, 20(1): 208-212
张红霞，张以谟，井文才，李朝辉等，微表面形貌大视场检测相移显微干涉仪研制，光电子激光，2006, 17(8): 934-936 （EI 310201087）
张红霞，张以谟，井文才，周革，李岩，检测微表面形貌的Mirau相移干涉轮廓仪，天津大学学报，2005, 38(5): 377-380（EI 05269184801）
张红霞，张以谟,井文才等，Mirau相移干涉术中的中心遮拦研究，光电子?激光，2004, 15(10): 1218-1221 (EI 05028785384)
贾大功，张红霞，井文才，张以谟. 无源对称光学结构双通道光纤旋转连接器. 光电工程，2004, 31(6): 17-20（EI 04448436798）
刘娜，张红霞，张以谟，井文才，李朝辉，周革，微面形貌光电观测系统的光学结构，天津大学学报，2004, 37(8): 733-736（EI 04488687206）
刘娜，张红霞，张以谟，井文才，李朝辉，周革，微形貌观测镜变焦系统的设计，光电子?激光，2004, 15(3): 270-274 （EI 04298266409）

『陆』 光传感器的相关论文

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·《光纤Bragg光栅称重传感器的研制》 On9658集成了光接收双敏感元，微信号CMOS放大器、高精度电压源和修正电路，也就是把以前在电路板上作的电路全集成到一颗小小的IC里了。应用电路简单，成本核算下来跟用光敏电阻来实现相同功能的电路成本差不多。

『柒』 怎么用2*2耦合器实现光纤光束分光

两个完全对称的产品，每一端都有两根光纤， 把光输入到其中任意一根光纤，光都会分到另一端的两根光纤输出即可。一般没特别说明的话，分光比是50%：50%。
光纤耦合器（Coupler）又称分歧器（Splitter），是将光讯号从一条光纤中分至多条光纤中的元件，属于光被动元件领域，在电信网路、有线电视网路、用户回路系统、区域网路中都会应用到，与光纤连接器分列被动元件中使用最大项的。光纤耦合器可分标准耦合器（双分支，单位1×2，亦即将光讯号分成两个功率）、星状／树状耦合器、以及波长多工器（WDM，若波长属高密度分出，即波长间距窄，则属于DWDM），制作方式则有烧结（Fuse）、微光学式（Micro Optics）、光波导式（Wave Guide）三种，而以烧结式方法生产占多数（约有90％）。 烧结方式的制作法，是将两条光纤并在一起烧融拉伸，使核芯聚合一起，以达光耦合作用，而其中最重要的生产设备是融烧机，也是其中的重要步骤，虽然重要步骤部份可由机器代工，但烧结之后，仍须人工作检测封装。

『捌』 写关于光学功能材料的论文，知道的给我一篇，没有的给我些资料，加图片，谢谢了。

稀土掺杂氟化物多波长红外显示材料的研究
摘 要
本文简单介绍了稀土发光原理、上转换发光材料的大致发展史、红外上转换发光材料的应用以及当前研究现状。以PbF2为基质材料，ErF3为激活剂，YbF3为敏化剂，采用高温固相反应法制备了PbF2: Er,Yb上转换发光材料。重点讨论了制备过程中，制备工艺中的烧结时间、烧结温度对红外激光显示材料发光效果的影响。研究了Er3+/Yb3+发光系统在1064nm激光激发下的荧光光谱和上转换发光的性质。实验表明，在1064nm激光激发下，材料可以发射出绿色和红色荧光，是一种新型的红外激光显示材料。
关键字：1064nm 上转换 红外激光显示 Er3+/Yb3+
Abstract
This paper simply described the rare earth luminescence mechanism, the development of up-conversion materials and their applications were systematically explained. Present situation of the research on infrared up-conversion luminescence is also presented. PbF2 as matrix, ErY3 as activator and YbF3 as sensitizer were adopted to synthesize PbF2: Er,Yb up-conversion material with high temperature solid-phase reaction. A great emphasize was paid on the factors that effect on the luminescence properties of infrared laser displayed materials such as sinter temperature, time of sinter. The luminescence system of Er3+/Yb3+, their fluorescence spectrum and their character of up-conversion with 1064nm LD as an excitation source were studied. The experimental results that intense green and wed up-conversion emissions were observed under 1064nm LD excitation, which is a new type of infrared laser displayed materials.
Key Words: 1064nm Up-conversion Infrared laser displayed materials Er3+/Yb3+
目 录
摘要
Abstract
第一章 绪论 1
1.1 稀土元素的光谱理论简介 1
1.1.1 稀土元素简介 1
1.1.2 稀土离子能级 1
1.1.3 晶体场理论 2
1.1.4 基质晶格的影响 2
1.2 上转换发光材料的发展概况 3
1.3 上转换发光的基本理论 4
1.3.1 激发态吸收 4
1.3.2 光子雪崩上转换 4
1.3.3 能量传递上转换 5
1.4 敏化机制与掺杂方式 6
1.4.1 敏化机制 6
1.4.2 掺杂方式 7
1.5 上转换发光材料的应用 8
1.6 本论文研究目的及内容 8
第二章 红外激光显示材料的合成与表征 10
2.1 红外激光显示材料的合成 10
2.1.1 实验药品 10
2.1.2 实验仪器 10
2.1.3 样品的制备 11
2.2 红外激光显示材料的表征 12
2.2.1 XRD 12
2.2.2 荧光光谱 12
第三章 结果与讨论 14
3.1 基质材料的确定 14
3.2 助熔剂的选择 15
3.3 烧结时间的确定 15
3.4 烧结温度的确定 16
3.5 掺杂浓度的确定 17
结 论 21
参考文献 22
致 谢 23第一章 绪论
1.1 稀土元素的光谱理论简介
1.1.1 稀土元素简介
稀土元素是指周期表中IIIB族，原子序数为21的钪（Sc）：39的钇（Y）和原子序数57至71的镧系中的镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu），共17个元素[1]。
稀土元素的原子具有未充满的受到外界屏蔽的4f和5d电子组态，因此具有丰富的电子能级和长寿命激发态，能级跃迁通道多达20余万个，可以产生多种多样的辐射吸收和发射。稀土化合物发光是基于它们的4f电子在f-f组态之内或f-d组态之间的跃迁。
稀土发光材料具有许多优点：
（1）与一般元素相比，稀土元素4f电子层构型的特点，使其化合物具有多种荧光特性；
（2）稀土元素由于4f电子处于内存轨道，受外层s和P轨道的有效屏蔽，很难受到外部环境的干扰，4f能级差极小，f-f跃迁呈现尖锐的线状光谱，发光的色纯度高；
（3）荧光寿命跨越从纳秒到毫秒6个数量级；
（4）吸收激发能量的能力强，转换效率高；
（5）物理化学性质稳定，可承受大功率的电子束、高能辐射和强紫外光的作用。
1.1.2稀土离子能级
稀土离子具有4f电子壳层，但在原子和自由离子的状态由于宇称禁戒，不能发生f-f电子跃迁[3&7]。在固体中由于奇次晶场项的作用宇称禁戒被解除，可以产生f-f跃迁，4f轨道的主量子数是4，轨道量子数是3，比其他的s，p，d轨道量子数都大，能级较多。除f-f跃迁外，还有4f-5d，4f-6s，4f-6p电子跃迁。由于5d，6s，6p能级处于更高的能级位置，所以跃迁波长较短，除个别离子外，大多数都在真空紫外区域。由于4f壳层受到5s2，5p6壳层的屏蔽作用，对外场作用的反应不敏感，所以在固体中其能级和光谱都具有原子状态特征。因此，f-f跃迁的光谱为锐线，4f壳层到其他组态的跃迁是带状光谱，因为其他组态是外壳层，受环境影响较大。
稀土离子在化合物中一般出现三价状态，在可见和红外光区观察的光谱大都属于4fN组态内的跃迁，在给定组态后确定光谱项的一般方法是利用角动量耦合和泡利原理选出合理的光谱项，但这种方法在电子数多，量子数大时，相当麻烦且容易出错。所以，对稀土离子不太适合。利用群论方法，采用U7>R7>G2>R3群链的分支规则可以方便地给出4fN组态的全部正确的光谱项，通常用大写的英文字母表示光谱项的总轨道角动量的量子数的数目，如S，P，D，F，G，H，I，K，L，M，N，O，Q……分别表示总轨道角动量的量子数为0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，……，25+l表示光谱项的多重性，S是总自旋量子数。在光谱学中，用符号2S+1L表示光谱项。
1.1.3 晶体场理论
晶体场理论认为，当稀土离子掺入到晶体中，受到周围晶格离子的影响时，其能级不同自由离子的情况。这个影响主要来自周围离子产生的静电场，通常称为晶体场[2]。晶体场使离子的能级劈裂和跃迁几率发生变化。稀土离子在固体中形成典型的分立发光中心。在分立发光中心中，参与发光跃迁的电子是形成中心离子本身的电子，电子的跃迁发生在离子本身的能级之间。中心的发光性质主要取决于离子本身，而基质晶格的影响是次要的。
稀土离子的4f电子能量比5s，5p轨道高，但是5s，5p轨道在4f轨道的外面，因而5s，5p轨道上的电子对晶体场起屏蔽作用，使4f电子受到晶体场的影响大大减小。稀土离子4f电子受到晶体场的作用远远小于电子之间的库仑作用，也远远小于4f电子的自旋—轨道作用。考虑到电子之间的库仑作用和自旋—轨道作用，4f电子能级用2J+I LJ表示。晶体场将使具有总角动量量子数J的能级分裂，分裂的形式和大小取决于晶体场的强度和对称性。稀土离子4f能级的这种分裂，对周围环境（配位情况、晶场强度、对称性）非常敏感，可作为探针来研究晶体、非晶态材料、有机分子和生物分子中稀土离子所在局部环境的结构，且2J+I LJ能级重心在不同的晶体中大致相同，稀土离子4f电子发光有特征性，因而很容易根据谱线位置辨认是什么稀土离子在发光。
1.1.4 基质晶格的影响
基质晶格对f→d跃迁的光谱位置有着强烈的影响，另外其对f→f跃迁的影响表现在三个方面：
（1）可改变三价稀土离子在晶体场所处位置的对称性，使不同跃迁的谱强度发生明显的变化；（2）可影响某些能级的分裂；（3）某些基质的阴离子团可吸收激发能量并传递给稀土离子而使其发光，即基质中的阴离子团起敏化中心的作用。特别是阴离子团的中心离子（Me）和介于中间的氧离子O2-以及取代基质中阳离子位置的稀土离子（RE）形成一直线，即Me-O-RE接近180°时，基质阴离子团对稀土离子的能量传递最有效。
1.2 上转换发光材料的发展概况
发光是物体内部以某种方式吸收的能量转换为光辐射的过程。发光学的内容包括物体发光的条件、过程和规律，发光材料与器件的设计原理、制备方法和应用，以及光和物质的相互作用等基本物理现象。发光物理及其材料科学在信息、能源、材料、航天航空、生命科学和环境科学技术中的应用必将促进光电子产业的迅猛发展，这对全球的信息高速公路的建设以及国家经济和科技的发展起着举足轻重的推动作用。三价镧系稀土离子具有极丰富的电子能谱，因为稀土元素原子的电子构型中存在4f轨道，为多种能级跃迁创造了条件，在适当波长的激光的激发下可以产生众多的激光谱线，可从红外光谱区扩展到紫外光谱区。因此，稀土离子发光研究一直备受人们的关注。
60年代末，Auzel在钨酸镱钠玻璃中意外发现，当基质材料中掺入Yb3+离子时，Er3+、Ho3+和Tm3+稀土离子在红外光激发下可发出可见光，并提出了“上转换发光”的观点[5&4]。所谓的上转换材料就是指受到光激发时，可以发射比激发波长短的荧光的材料。其特点是激发光光子能量低于发射光子的能量，这是违反Stokes定律的。因此上转换发光又称为“反Stokes发光”。
从七十年代开始，上转换的研究转移到单频激光上转换。到了八十年代由于半导体激光器泵浦源的发展及开发可见光激光器的需求，使其得到快速发展。特别是近年来随着激光技术和激光材料的进一步发展，频率上转换在紧凑型可见激光器、光纤放大器等领域的巨大应用潜力更激起广大科学工作者的兴趣，把上转换发光的研究推向高潮，并取得了突破性实用化的进展。随着频率上转换材料研究的深入和激光技术的发展，人们在考虑拓宽其应用领域和将已有的研究成果转换成高科技产品。1996年在CLEO会议上，Downing与Macfarlanc等人合作提出了三色三维显示方法，双频上转换三维立体显示被评为1996年物理学最新成就之一，这种显示方法不仅可以再现各种实物的立体图像，而且可以随心所欲的显示各类经计算机处理的高速动态立体图像，具有全固化、实物化、高分辨、可靠性高、运行速度快等优点[15]。上转换发光材料的另一项很有意义的应用就是荧光防伪或安全识别，这是一个应用前景极其广阔的新兴研究方向。由于在一种红外光激发下，发出多条可见光谱线且各条谱线的相对强度比较灵敏地依赖于上转换材料的基质材料与材料的制作工艺，因而仿造难、保密强、防伪效果非常可靠。
目前，研究的稀土离子主要集中在Nd3+，Er3+，Ho3+，Tm3+和Pr3+等三价阳离子。Yb3+离子由于其特有的能级特性，是一种最常用的敏化离子。一般来说，要制备高效的上转换材料，首先要寻找合适的基质材料，当前研究的上转换材料多达上百种，有玻璃、陶瓷、多晶粉末和单晶。其化合物可分为：（1）氟化物；（2）氧化物；（3）卤氧化物；（4）硫氧化物；（5）硫化物等。
迄今为止，上转换发光研究取得了很大的进展，人们已在氟化物玻璃、氟氧化物玻璃及多种晶体中得到了不同掺杂稀土离子的蓝绿上转换荧光。
1.3 上转换发光的基本理论
通过多光子机制把长波辐射转换成短波辐射称为上转换，其特点是吸收光子的能量低于发射光子的能量[2&8]。稀土离子上转换发光是基于稀土离子4f电子能级间的跃迁产生的。由于4f外壳层电子对4f电子的屏蔽作用，使得4f电子态间的跃迁受基质的影响很小，每种稀土离子都有其确定的能级位置，不同稀土离子的上转换发光过程不同。目前可以把上转过程归结于三种形式：激发态吸收、光子雪崩和能量传递上转换。
1.3.1激发态吸收
激发态吸收（Excited Stated Absorption简写为ESA）是上转换发光中的最基本过程，如图1-1所示。首先，发光中心处于基态能级E0的电子吸收一个ω1的光子，跃迁到中间亚稳态E1上，E1上的电子又吸收一个ω2光子，跃迁到高能级E2上，当处于能级E2上的电子向基态跃迁时，就发射一个高能光子。

图1-1 上转换的激发态吸收过程
1.3.2 光子雪崩上转换
光子雪崩上转换发光于1979年在LaCl3∶Pr3+材料中首次发现。1997年，N. Rakov等报道了在掺Er3+氟化物玻璃中也出现了雪崩上转换。由于它可以作为上转换激光器的激发机制，而引起了人们的广泛的注意。“光子雪崩”过程是激发态吸收和能量传输相结合的过程，如图1-2所示，一个四能级系统，Mo、M1、M2分别为基态和中间亚稳态，E为发射光子的高能级。激发光对应于M1→E的共振吸收。虽然激发光光子能量同基态吸收不共振，但总会有少量的基态电子被激发到E与M2之间，而后弛豫到M2上。M2上的电子和其他离子的基态电子发生能量传输I，产生两个位于M1的电子。一个M1的电子在吸收一个ω1的光子后激发到高能级E。而E能级的电子又与其他离子的基态相互作用，产生能量传输II，则产生三个为位于M1的电子，如此循环，E能级上的电子数量像雪崩一样急剧地增加。当E能级的电子向基态跃迁时，就发出能量为ω的高能光子。此过程就为上转换的“光子雪崩”过程。

图1-2 光子雪崩上转换
1.3.3能量传递上转换
能量转移（Energy Transfer，简写成ET）是两个能量相近的激发态离子通过非辐射过程藕合，一个回到低能态，把能量转移给另一个离子，使之跃迁到更高的能态。图1-3列出了发生能量传递的几种可能途径：（a）是最普通的一种能量传递方式，处于激发态的施主离子把能量传给处于激发态的受主离子，使受主离子跃迁到更高的激发态去；（b）过程称为多步连续能量传递，在这一过程中，只有施主离子可以吸收入射光子的能量，处于激发态的施主离子与处于基态的受主离子间通过第一步能量传递，把受主离子跃迁到中间态，然后再通过第二步能量传递把受主离子激发到更高的激发态；（c）过程可命名为交叉弛豫能量传递（Cross Relaxation Up-conversion，简称CR），这种能量传递通常发生在相同离子间，在这个过程中，两个相同的离子通过能量传递，使一个离子跃迁到更高的激发态，而另一个离子弛豫到较低的激发态或基态上去；（d）过程为合作发光过程的原理图，两个激发态的稀土离子不通过第三个离子的参与而直接发光，他的一个明显的特征是没有与发射光子能量匹配的能级，这是一种奇特的上转换发光现象；（e）过程为合作敏化上转换，两个处于激发态的稀土离子同时跃迁到基态，而使受主离子跃迁到较高的能态。

（a）普通能量传递 （b）多步连续能量传递

（c）交叉弛豫能量传递 （d）合作发光能量传递

（e）合作敏化上转换能量传递
图1-3 几种能量传递过程的示意图
稀土离子的上转换发光都是多光子过程，在多光子过程中，激发光的强度与上转换荧光的强度有如下关系：
Itamin ∝ Iexcitationn
其中Itamin表示上转换荧光强度，Iexcitation表示激发光强度，在双对数坐标下，上转换荧光的强度与激发光的强度的曲线为一直线，其斜率即为上转换过程所需的光子数n，这个关系是确定上转换过程是几光子过程的有效方法。
1.4 敏化机制与掺杂方式
1.4.1 敏化机制
通过敏化作用提高稀土离子上转换发光效率是常用的一种方法[9]。其实质是敏化离子吸收激发能并把能量传递给激活离子，实现激活离子高能级的粒子数布居，从而提高激活离子的转换效率，这个过程可以表述如下：
Dexc+A→D+Aexc
D表示施主离子，A是受主离子，下标“exc”表示该离子处于激发态。Yb3+离子由于特有的能级结构，是最常用的也是最主要的一种敏化离子。
（1）直接上转换敏化
对与稀土激活中心（如Er3+，Tm3+，Ho3+）和敏化中心Yb3+共掺的发光材料，由于Yb3+的2F5/2能级在910-1000nm均有较强吸收，吸收波长与高功率红外半导体激光器的波长相匹配。若用激光直接激发敏化中心Yb3+，通过Yb3+离子对激活中心的多步能量传递，可再将稀土激活中心激发至高能级而产生上转换荧光，这类过程会导致上转换荧光明显增强，称之为直接上转换敏化。图1-4以Yb3+/Tm3+共掺杂为例给出了该激发过程的示意图。

图1-4 直接上转换敏化
（2）间接上转换敏化
由于Yb3+离子对910-1000 nm间泵浦激光吸收很大，泵浦激光的穿透深度非常小，因此虽然在表面的直接上转换敏化能极大的提高上转换效率，但它却无法应用到上转换光纤系统中。针对这种情况，国际上与1995-1996年首次提出了“间接上转换敏化”方法[7]。间接上转换敏化的模型首先在Tm3+/Yb3+双掺杂体系中提出的：当激活中心为Tm3+时，如果激发波长与Tm3+的3H6→3H4吸收共振，激活中心Tm3+就被激发至3H4能级，随后处于3H4能级的Tm3+离子与位于2F5/2能级的Yb3+离子发生能量传递，使Yb3+离子的2F5/2能级上有一定的粒子数布居。然后处于激发态2F5/2的Yb3+离子再与Tm3+进行能量传递，实现Tm3+的1G4能级的粒子数布居，这样就通过Tm3+→Yb3+→Tm3+献的能量过程间接地把Tm3+离子激发到了更高能级1G4。从而导致了Tm3+离子的蓝色上转换荧光。图1-5给出了间接上转换敏化的示意图。考虑到稀土离子的敏化作用与前述的上转换机理，在实现上转换发光的掺杂方式通常要考虑如下几点：（1）敏化离子在激发波长处有较大的吸收截面和较高的掺杂浓度；（2）敏化离子与激活离子之间有较大的能量传递几率；（3）激活离子中间能级有较长的寿命。

图1-5 间接上转换敏化
1.4.2 掺杂方式
表1-1给出了当前研究比较多的掺杂体系，表中同时列出了某一掺杂体系对应的激发波长、基质材料、敏化机制等。
表1-1 常见的掺杂体系
稀土离子组合 激发波长 基质材料 敏化机制
单掺杂 Er3+ 980nm ZrO2纳米晶体 —
Nd3+ 576nm ZnO–SiO2–B2O3 —
Tm3+ 660nm AlF3/CaF2/BaF2/YF3 —
双掺杂 Yb3+：Er3+ 980nm Ca3Al2Ge3O12玻璃 直接敏化
Yb3+：Ho3+ 980nm YVO4 直接敏化
Yb3+：Tm3+ 800nm 氟氧化物玻璃 间接敏化
Yb3+：Tb3+ 1064nm 硅sol–gel玻璃 合作敏化
Yb3+：Eu3+ 973nm 硅sol–gel玻璃 合作敏化
Yb3+：Pr3+ 1064nm LnF3/ZnF2/SrF2 BaF2/GaF2/NaF 直接敏化
Nd3+：Pr3+ 796nm ZrF4基玻璃 直接敏化
三掺杂 Yb3+： Nd3+ ：Tm3+ 800nm ZrF4基玻璃 间接敏化
Yb3+： Nd3+ ：Ho3+ 800nm ZrF4基玻璃 间接敏化
Yb3+： Er3+ ：Tm3+ 980nm PbF2:CdF2玻璃 直接敏化
1.5 上转换发光材料的应用
稀土掺杂的基质材料在波长较长的红外光激发下，可发出波长较短的红、绿、蓝、紫等可见光。通常情况下，上转换可见光包含多个波带，每个波带有多条光谱线，这些谱线的不同强度组合可合成不同颜色的可见光[7]。掺杂离子、基质材料、样品制备条件的改变，都会引起各荧光带的相对强度变化，不同样品具有独特的谱线强度分布与色比关系（我们定义上转换荧光光谱中各荧光波段中的峰值相对强度比称为色比，通常以某以一波段的峰值强度为标准）。因而上转换发光材料可应用到荧光防伪或安全识别上来。上转换发光材料在荧光防伪或安全识别应用上的一个研究重点是制备上转换效率高，具有特色的防伪材料，实现上转换荧光防伪材料能够以配比控制色比；也就是通过调整稀土离子种类、浓度以及基质材料的种类、结构和配比，达到控制色比关系。
1.6 本论文研究目的及内容
Nd:YAG激光器发出1064nm的激光，在激光打孔、激光焊接、激光核聚变等领域具有广泛的应用价值，是最常用的激光波段。然而，由于人眼对1064nm的红外光不可见，因此，需要采用对1064nm激光响应的红外激光显示材料制备的显示卡进行调准和校正。
本论文采用氟化物作为基质，掺杂稀土离子，通过配方和工艺研究，制备对1064nm响应的红外激光显示材料。研究组分配比、烧结温度、气氛和时间等对粉体性能的影响。并采用XRD和荧光光谱分析等测试手段对粉体进行表征。确定最佳烧结温度、组分配比，最终获得对1064nm具有优异红外转换性能的红外激光显示材料。
第二章 红外激光显示材料的合成与表征
经过多年研究，红外响应发光材料取得了很大进展，现已实现了氟化物玻璃、氟氧化物玻璃、及多种晶体中不同稀土离子掺杂的蓝绿上转换荧光。然而上转换荧光的效率距离实际实用还有很大的差距，尤其是蓝光，其效率更低。因此，寻找新的红外激光显示材料仍在研究之中，本文主要研究对1064nm响应的发光材料。
本章研究了双掺杂Er3+/Yb3+不同基质材料的蓝绿上转换荧光，得到了发光效果较好的稀土掺杂氟化物的红外激光显示材料，得到了一些有意义的研究结果。
2.1 红外激光显示材料的合成
2.1.1 实验药品
（1）合成材料所用的化学试剂主要有：LaF3，BaF2，Na2SiF6，NaF，氢氟酸，浓硝酸等。稀土化合物为Er2O3、Yb2O3，纯度在4N以上。
（2）ErF3、YbF3的配制
制备Yb3+/Er3+共掺氟化物的红外激光显示材料使用的ErF3，YbF3是在实验室合成的。
实验采用稀土氧化物，称取适量的Er2O3，Yb2O3放在烧杯1和烧杯2中，滴加稍微过量的硝酸（浓度约为8mol/L），置于恒温加热磁力搅拌器上搅拌，直至烧杯1中出现粉红色溶液、烧杯2中出现无色溶液停止。其化学反应如下：
Er2O3+6HNO3→2Er(NO3)3+3H2O
Yb2O3+6HNO3→2Yb(NO3)3+3H2O
再往烧杯1和烧杯2中分别都加入氢氟酸，烧杯1中生成粉红色ErF3沉淀，烧杯2中生成白色絮状YbF3沉淀，其化学反应如下：
Er(NO3)3+3HF→ErF3↓+3HNO3
Yb(NO3)3+3HF→YbF3↓+3HNO3
生成的ErF3、YbF3沉淀使用循环水式多用真空泵进行分离，并多次使用蒸馏水进行洗涤，将从溶液中分离得到的沉淀倒入烧杯放入电热恒温干燥箱，在100℃条件下保温12小时，得到了实验所需的ErF3、YbF3，装入广口瓶中备用。
2.1.2 实验仪器
SH23-2恒温加热磁力搅拌器（上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司）
PL 203电子分析天平（梅特勒一托多利仪器上海有限公司）
202-0AB型电热恒温干燥箱（天津市泰斯特仪器有限公司）
SHB-111型循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司）
WGY-10型荧光分光光度计（天津市港东科技发展有限公司）
DXJ-2000型晶体分析仪（丹东方圆仪器有限公司）
1064nm半导体激光器（长春新产业光电技术有限公司）
4-13型箱式电阻炉（沈阳市节能电炉厂）
2.1.3 样品的制备
（1）实验方法
本实验样品制备方法是：以稀土化合物YbF3、ErF3，基质氟化物为原料，引入适量的助熔剂，采用高温固相法合成红外激光显示材料。
高温固相法是将高纯度的发光基质和激活剂、辅助激活剂以及助熔剂一起，经微粉化后机械混合均匀，在较高温下进行固相反应，冷却后粉碎、筛分即得到样品[8]。这种固体原料混合物以固态形式直接参与反应的固相反应法是制备多晶粉末红外激光显示材料最为广泛使用的方法。在室温下固体一般并不相互反应，高温固相反应的过程分为产物成核和生长两部分，晶核的生成一般是比较困难的，因为在成核过程中，原料的晶格结构和原子排列必须作出很大调整，甚至重新排列。显然，这种调整和重排要消耗很多能量。因而，固相反应只能在高温下发生，而且一般情况下反应速度很慢。根据Wagner反应机理可知，影响固体反应速度的三种重要因素有：①反应固体之间的接触面积及其表面积；②产物相的成核速度；③离子通过各物相特别是通过产物相时的扩散速度。而任何固体的表面积均随其颗粒度的减小而急剧增加，因此，在固态反应中，将反应物充分研磨是非常必要的[6]。而同时由于在反应过程中在不同反应物与产物相之间的不同界面处可能形成的物相组成是不同的，因此可能导致产物组成的不均匀，所以固态反应需要进行多次研磨以使产物组成均匀。另外，如果体系存在气相和液相，往往能够帮助物质输运，在固相反应中起到重要作用，因此在固相反应法制备发光材料时往往加入适量助熔剂。在有助熔剂存在的情况下，高温固相反应的传质过程可通过蒸发-凝聚、扩散和粘滞流动等多种机制进行。
（2）实验步骤
根据配方中各组分的摩尔百分含量（表3-1，表3-2，表3-3中给出了实验所需主要样品的成分与掺杂稀土离子浓度），准确计算各试剂的质量，使用电子天平精确称量后，把原料置于玛瑙研钵中研磨均匀后装入陶瓷坩埚中（粉体敦实后大概占坩埚体积的1/3），再放入电阻炉中保温一段时间。冷却之后即得到了实验所述的红外激光显示材料样品。图2-1为实验流程图：

图2-1 实验流程图
2.2 红外激光显示材料的表征
2.2.1 XRD
X射线衍射分析是当今研究晶体精细结构、物相分析、晶粒集合和取向等问题的最有效的方法之一[10&9]。通常采用粉末状晶体或多晶体为试样的X射线衍射分析被称为粉末法X射线衍射分析。1967年，Hugo M.Rietveld鉴于计算机处理大量数据的能力，在粉末中子衍射结构分析中，提出了全粉末衍射图最小二乘拟合结构修正法。1977年，Malmros等人把这个方法引入X射线粉末衍射分析中，从此Rietveld分析法的研究开始迅速发展起来[16&10]。
本实验采用丹东方圆仪器有限公司生产的DXJ-2000型晶体分析仪对粉末样品进行数据采集，主要测试参数为：Cu靶Kα线，管压45kV，管流35Ma，狭缝DSlmm、RS0.3mm.、SS1 mm，扫描速度10度/min（普通扫描）、0.02度/min（步进扫描），通过测试明确所制备的材料是否形成特定晶体结构的晶相，也可以简单判断随着掺杂量的增加，是否在基质中有第二相形成或者掺杂的物质同基质一起形成固溶体。