(LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu ảnh hưởng của mn2+ đến phát xạ cận hồng ngoại của đồng pha tạp tm3+ ho3+ yb3+ trong thủy tinh silicate ứng dụng cho bộ khuếch đại quang TDFA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN LƢU THỊ THANH KỲ NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA Mn2+ ĐẾN PHÁT XẠ CẬN HỒNG NGOẠI CỦA ĐỒNG PHA TẠP Tm3+Ho3+-Yb3+ TRONG THỦY TINH SILICATE ỨNG DỤNG CHO BỘ KHUẾCH ĐẠI QUANG TDFA Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 8440104 Ngƣời hƣớng dẫn: TS HỒ KIM DÂN download by : skknchat@gmail.com LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn: “Nghiên cứu nh hƣởng củ Mn2+ n ph t cận hồng ngo i củ ồng ph t p Tm3+-Ho3+-Yb3+ thủy tinh silic te ứng dụng cho khu ch i quang TDFA” kết nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình nghiên cứu Học viên Lƣu Thị Th nh Kỳ download by : skknchat@gmail.com LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS Hồ Kim Dân tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ, bảo động viên tơi hồn thành luận văn Trong trình thực luận văn nhận đƣợc nhiều quan tâm tạo điều kiện Thầy, Cô khoa Khoa học Tự nhiên - Trƣờng Đại học Quy Nhơn Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới quý Thầy, Cơ Tơi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè tập thể lớp Cao học Vật l chất rắn K ln động viên, khích lệ tinh thần suốt trình học tập nghiên cứu khoa học Mặc dù cố gắng thời gian thực luận văn nhƣng cịn hạn chế kiến thức nhƣ thời gian, kinh nghiệm nghiên cứu nên khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận đƣợc thơng cảm ý kiến đóng góp qu báu từ q Thầy, Cơ để luận văn đƣợc hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! Học viên Lƣu Thị Th nh Kỳ download by : skknchat@gmail.com MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC K HI U, CÁC CH VI T TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 KỸ THUẬT GHÉP KÊNH PHÂN CHIA BƢỚC SÓNG WDM 1.1.1 Tổng quan kỹ thuật gh p kênh phân chia bƣớc sóng WDM 1.1.2 Nguyên lí hoạt động hệ thống WDM 1.1.3 Phân loại kỹ thuật ghép kênh WDM 1.1 Ứng dụng kỹ thuật ghép kênh WDM BỘ KHU CH ĐẠI SỢI QUANG TDFA .1 Tổng quan khuếch đại quang TDFA 1.2.2 Nguyên lý hoạt động TDFA 10 Ứng dụng khuếch đại quang TDFA 12 TỔNG QUAN VỀ VẬT LI U THỦY TINH SILICATE 13 .1 Tổng quan vật liệu thủy tinh silicate 13 Đặc tính thủy tinh silicate 15 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 18 GIỚI THI U 18 VẬT LI U THÍ NGHI M 18 download by : skknchat@gmail.com 2.3 QUY TRÌNH VÀ PHƢƠNG PHÁP ĐO ĐẠC, PHÂN TÍCH THÍ NGHI M 21 Quy trình th nghiệm 21 Phân t ch nhiệt DTA Differential thermal analysis 25 Đo, phân t ch XRD mẫu thủy tinh silicate 27 Đo, phân t ch quang phổ hấp thụ đơn tạp Ho3+, Tm3+, Yb3+ đồng pha tạp Tm3+-Ho3+-Yb3+ vật liệu thủy tinh silicate SiO2– Al2O3–LaF3–CaCO3 28 Đo, phân t ch quang phổ phát xạ cận hồng ngoạicác đơn tạp Ho 3+, Tm3+, Yb3+ đồng pha tạp Tm3+-Ho3+-Yb3+ vật liệu thủy tinh silicate SiO2–Al2O3–LaF3–CaCO3 30 Đo, phân t ch thời gian sống (lifetimes) ions Ho3+, Tm3+ 32 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 35 K T QUẢ NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH DTA, XRD CỦA VẬT LI U THỦY TINH SILICATE SiO2–Al2O3–LaF3–CaCO3 35 3.1.1 Phân tích DTA mẫu thủy tinh SALC 35 Phân t ch XRD mẫu thủy tinh SALC 36 3.1.3 Phân t ch ảnh SEM mẫu thủy tinh SALC 37 3.2 K T QUẢ NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH QUANG PHỔ HẤP THỤ CỦA ĐỒNG PHA TẠP Tm3+-Ho3+-Yb3+ TRONG VẬT LI U THỦY TINH SILICATE SiO2–Al2O3–LaF3–CaCO3 38 3.2.1 Quang phổ hấp thụ đơn tạp Tm3+ thủy tinh silicate SALC 39 Quang phổ phát xạ cận hồng ngoại NIR đơn tạp Tm3+ thủy tinh silicate SALC 39 download by : skknchat@gmail.com 3.2.3 Quang phổ hấp thụ đồng pha tạp Ho3+-Yb3+ thủy tinh silicate SALC 44 3.2.4 Quang phát xạ cận hồng ngoại đồng pha tạp Ho3+-Yb3+ thủy tinh silicate SALC 45 K T QUẢ NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH B NG TH NG CẬN HỒNG NGOẠI CỦA ĐỒNG PHA TẠP Tm3+-Ho3+-Yb3+ TRONG VẬT LI U TRONG THỦY TINH SILICATE SiO2–Al2O3–LaF3–CaCO3 48 3.3.1 Quang phổ hấp thụ đồng pha tạp Tm3+-Ho3+-Yb3+ vật liệu thủy tinh silicate SiO2–Al2O3–LaF3–CaCO3 48 Phát xạ cận hồng ngoại đồng pha tạp Tm3+-Ho3+-Yb3+ vật liệu thủy tinh silicate SALC 50 PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA Mn2+ Đ N PHÁT XẠ CẬN HỒNG NGOẠI CỦA ĐỒNG PHA TẠP Tm3+-Ho3+-Yb3+ TRONG VẬT LI U THỦY TINH SILICATE SiO2–Al2O3–LaF3–CaCO3 53 3.4.1 Quang phổ hấp thụ đồng pha tạp Mn2+-Yb3+, Ho3+-Mn2+-Yb3+ Tm3+-Ho3+-Mn2+-Yb3+ vật liệu thủy tinh SALC 53 3.4.2 Vai trò Mn2+ đến phát xạ hồng ngoại đồng pha tạp Tm3+Ho3+-Yb3+ vật liệu thủy tinh SALC 55 3.4.3 Các mức lƣợng trình chuyển giao lƣợng Ho3+, Tm3+ Yb3+ đồng pha tạp Tm3+-Ho3+-Yb3+ Mn2+ 56 3.4.4 Ảnh hƣởng Mn2+ đến độ ph ng băng thông phát xạ cận hồng đồng pha tạp Tm3+-Ho3+-Yb3+ 58 PHÂN TÍCH Q TRÌNH CHUYỂN GIAO N NG LƢỢNG GI A CÁC IONS Ho3+, Tm3+, Yb3+ VÀ KIM LOẠI CHUYỂN TI P Mn2+ 60 download by : skknchat@gmail.com 3.5.1 Phân t ch trình chuyển giao lƣợng Mn2+-Yb3+ Ho3+ 60 3.5.2 Phân t ch trình chuyển giao lƣợng Mn2+-Yb3+ Tm3+ 62 KẾT LUẬN V KIẾN NGHỊ 65 KẾT LUẬN 65 KIẾN NGHỊ 66 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) download by : skknchat@gmail.com DANH MỤC CÁC K HIỆU CÁC CH K HIỆU TÊN TIẾNG ANH VIẾT TẮT TÊN TIẾNG VIỆT DTA Differential thermal analysis Phân t ch nhiệt vi sai DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing Gh p kênh theo bƣớc sóng mật độ cao DEMUX Demultiplexer Mạch giải gh p kênh EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại sợi quang Erbium FRA Fiber-Raman Amplifier Khuếch đại theo hiệu ứng phi tuyến Raman FBA Fiber-Brillouin Amplifier Khuếch đại theo hiệu ứng phi tuyến Brillouin FWHM Full Width at Half Maximum Một n a giá tr cực đại hàm truyền đa MUX Multiplexer Mạch gh p kênh NIR Near Infrared Cận hồng ngoại SEM Scanning Electron Microscope K nh hiển vi điện t qu t TEM Transmission Electron Microscopes K nh hiển vi điện t truyền qua TDFA Thulium-Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại sợi quang Thulium TDF Thulium-Doped Fiber Sợi đơn tạp Thulium WDM Wavelength Division Multiplexing Gh p kênh phân chia theo bƣớc sóng XRD X-ray diffraction Nhiễu xạ tia X download by : skknchat@gmail.com DANH MỤC BẢNG Bảng Thành phần nguyên vật liệu th nghiệm cho mẫu thủy tinh silicate: 45SiO2–(28-x)Al2O3–17LaF3–10CaCO3–xTm2O3 19 Bảng Thành phần nguyên vật liệu th nghiệm cho mẫu thủy tinh silicate: 45SiO2–(26-y)Al2O3–17LaF3–10CaCO3–yTm2O3–2Yb2O3 20 Bảng Thành phần nguyên vật liệu th nghiệm cho mẫu thủy tinh silicate: 45SiO2–(27.5-z)Al2O3–17LaF3–10CaCO3–0.5Ho2O3-zYb2O3 20 Bảng Thành phần nguyên vật liệu th nghiệm cho mẫu thủy tinh silicate: 45SiO2–(25.5-p)Al2O3–17LaF3–10CaCO3–0.5Tm2O3–pHo2O3–2Yb2O3 20 Bảng Thành phần nguyên vật liệu th nghiệm cho mẫu thủy tinh silicate: 45SiO2–25.3Al2O3–17LaF3–(10-q)CaCO3–0.5Ho2O3–0.2Tm2O3–2Yb2O3qMnCO3 21 download by : skknchat@gmail.com DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ chức hệ thống WDM Hình Bộ khuếch đại TDFA Hình 1.3 Biểu đồ mức lƣợng ion Tm3+ 10 Hình 1.4 Phân loại khuếch đại quang TDFA 12 Hình 2.1 Tỷ lệ thành phần ch nh trạng thái thủy tinh silicate 19 Hình Quy trình th nghiệm tạo mẫu thủy tinh đo đạc thông số 23 Hình 2.3 Cốc sứ đựng nguyên liệu để chế tạo mẫu 24 Hình 2.4 Hình ảnh lị nung Nabertherm dùng để nung nóng chảy h n hợp vật liệu chế tạo thủy tinh 24 Hình 2.5 Hình ảnh mẫu SALC sau chế tạo, ủ nhiệt đánh bóng bề mặt 25 Hình Thiết b phân t ch nhiệt Shimadzu DTA-60AH dùng đo phân t ch nhiệt cho vật liệu 26 Hình 2.7 Giao diện phần mềm TA-60 kèm theo thiết b đo phân t ch nhiệt Shimadzu DTA-60AH 27 Hình 2.8 Thiết b đo quang phổ hấp thụ Hitachi U-4100 28 Hình Khoang đặt mẫu đo thiết b đo quang phổ hấp thụ Hitachi U4100 29 Hình 2.10 Giao diện phần mềm thiết b đo quang phổ hấp thụ Hitachi U4100 30 Hình 2.11 Bộ phát bƣớc sóng k ch th ch nm LD 31 Hình 2.12 Giao diện phần mềm thiết b đo quang phổ 32 Hình 2.13 Giao diện s dụng phần mềm FLS-980 kèm theo thiết b Edinburgh Instruments FLS9 dùng đo thời gian sống 33 Hình Kết phân t ch DTA mẫu thủy tinh SALC 35 download by : skknchat@gmail.com 60 cƣờng độ phát xạ phân t ch độ dài N nhƣ Bằng cách s dụng công thức kết quang phổ phát xạ cận hồng ngoại hình 18, giá tr độ ph ng băng thông SFN mẫu mẫu thủy tinh SALC-0.5Ho0.2Tm2Yb-2Mn, SALC-0.5Ho0.2Tm2Yb-2.5Mn, SALC-0.5Ho0.2Tm2Yb-3Mn, SALC-0.5Ho0.2Tm Yb- Mn SALC0.5Ho0.2Tm2Yb-4Mn khoảng bƣớc sóng từ xác đ nh tƣơng ứng là: , , , nm đến , nm đƣợc Kết độ ph ng băng thông SFN đƣợc vẽ hiển th hình Từ hình cho thấy độ ph ng băng thông SFN đạt đƣợc tối ƣu với mẫu thủy tinh SALC0.5Ho0.2Tm Yb- Mn, tƣơng ứng với nồng độ Mn2+ mol 3.5 PHÂN TÍCH Q TRÌNH CHUYỂN GIAO NĂNG LƢỢNG GI A CÁC IONS Ho3+, Tm3+, Yb3+ VÀ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP Mn2+ Mn2+-Yb3+ 3.5.1 3+ Việc phân t ch thời gian sống life time chuyển tiếp ions nhằm bổ trợ thêm minh chứng cho trình chuyển giao lƣợng ions Ho3+, Tm3+, Yb3+ kim loại chuyển tiếp Mn2+ Trong phần tiến hành đo khảo sát phân t ch thời gian sống cho số chuyển tiếp điển hình để h trợ cho nhận đ nh đề xuất trình chuyển giao lƣợng trình bày phần Để xác nhận thêm trình chuyển giao lƣợng Mn2+-Yb3+ dimer Ho3+ ions, thời gian sống lifetimes τHo ions Ho3+ đỉnh nm tƣơng ứng với chuyển tiếp 5I7  5I8 Ho3+ [ mẫu thủy tinh SALC-0.5Ho0.2Tm Yb SALC-0.5Ho0.2Tm2Yb-2Mn, dƣới k ch th ch bƣớc sóng nm LD đƣợc đo hiển th hình Thời gian sống lifetimes đƣợc xác đ nh t nh toán dƣới dạng hàm mũ bậc hai theo phƣơng trình sau [42]: ( ) ( ) download by : skknchat@gmail.com (2) 61 Trong đó: I t cƣờng độ phát quang; A1 A2 số; t thời gian; τ1 τ2 thời gian sống ngắn dài cho thành phần hàm mũ lifetime tƣơng ứng S dụng kết đo đƣợc đƣờng cong hình , giá tr thời gian sống τHo cho mẫu thủy tinh SALC- 0.5Ho0.2Tm Yb SALC-0.5Ho0.2Tm Yb- Mn đƣợc xác đ nh theo cơng thức [43]: (3) Hình 3.22 Thời gi n sống củ Ho3+ t i 2050 nm tƣơng ứng với chuyển ti p 5I7  5I8 củ Ho3+ dƣới k ch th ch bƣớc s ng 980 nm LD Thời gian sống lifetimes τHo ions Ho3+ đỉnh  ứng với chuyển tiếp 5I7  5I8 Ho3+ [ nm tƣơng mẫu thủy tinh SALC- 0.5Ho0.2Tm Yb SALC-0.5Ho0.2Tm Yb- Mn đƣợc t nh toán tƣơng ứng khoảng s Thời gian sống lifetimes τHo Ho3+ ions download by : skknchat@gmail.com 62 đỉnh  nm tƣơng ứng với chuyển tiếp 5I7  5I8 Ho3+ giảm mẫu thủy tinh SALC-0.5Ho0.2Tm2Yb khơng có Mn2+ Đây minh chứng cho trình chuyển giao lƣợng từ Mn2+-Yb3+ dimer sang Ho3+ [38, 42] 3.5.2 Ph n t ch qu tr nh chuyển gi o lƣ ng giữ Mn2+-Yb3+ Tm3+ Tƣơng tự, để xác nhận thêm trình chuyển giao lƣợng Mn2+-Yb3+ dimer Tm3+ ions, thời gian sống lifetimes τTm ions Tm3+ đỉnh 1798 nm tƣơng ứng với chuyển tiếp 3F4  3H6 Tm3+ [40 mẫu thủy tinh SALC-0.5Ho0.2Tm2Yb, SALC-0.5Ho0.2Tm2Yb-2Mn, SALC0.5Ho0.2Tm2Yb-2.5Mn, SALC-0.5Ho0.2Tm2Yb-3Mn, SALC- 0.5Ho0.2Tm2Yb-3.5Mn SALC-0.5Ho0.2Tm2Yb-4Mn dƣới k ch th ch bƣớc sóng nm LD đƣợc đo hiển th hình S dụng kết đo đƣợc đƣờng cong hình cơng thức , giá tr thời gian sống τTm cho mẫu thủy tinh SALC- 0.5Ho0.2Tm2Yb, SALC-0.5Ho0.2Tm2Yb-2Mn, SALC-0.5Ho0.2Tm2Yb- 2.5Mn, SALC-0.5Ho0.2Tm2Yb-3Mn, SALC-0.5Ho0.2Tm2Yb-3.5Mn SALC-0.5Ho0.2Tm Yb- Mn đƣợc xác đ nh tƣơng ứng khoảng , , 5, 66.2, 9.2 s Thời gian sống lifetimes τTm Tm3+ đỉnh 1798 nm tƣơng ứng với chuyển tiếp 3F4  3H6 Tm3+ mẫu thủy tinh SALC0.5Ho0.2Tm Yb-xMn x , , , , với gia tăng nồng độ Mn2+ từ đến mol mol đƣợc xác đ nh tăng Đây minh chứng thêm cho trình chuyển giao lƣợng từ chuyển tiếp 2F7/2, 4T1 2F7/2, 6A1 Mn2+–Yb3+ dimer sang chuyển tiếp 3F4  3H6 Tm3+ [43, 44] download by : skknchat@gmail.com 63 H nh 3.23 Thời gi n sống củ Tm3+ t i 1798 nm tƣơng ứng với chuyển ti p 3F4  3H6 củ Tm3+ dƣới k ch th ch bƣớc s ng 980 nm LD KẾT LUẬN CHƢƠNG Chƣơng nghiên cứu, phân t ch, thảo luận nội dung: + Phân t ch XRD mẫu thủy tinh SALC xác đ nh đƣợc cấu trúc vật liệu thủy tinh SALC thông qua kết phân t ch XRD ảnh SEM vật liệu thủy tinh SALC + Phân t ch thảo luận quang phổ hấp thụ đơn tạp Ho 3+, Tm3+, Yb3+ đồng pha tạp Ho3+-Yb3+, Tm3+-Yb3+, Mn2+-Yb3+, Ho3+Tm3+-Yb3+, Ho3+-Tm3+-Yb3+-Mn2+ vật liệu thủy tinh SALC Từ xác đ nh đƣợc kết hợp, chồng lấp số dải phổ quang phổ hấp thụ, sở để phân t ch đánh giá phát xạ cận hồng ngoại cho các đồng download by : skknchat@gmail.com 64 pha tạp Ho3+-Yb3+, Tm3+-Yb3+, Mn2+-Yb3+, Ho3+-Tm3+-Yb3+, Ho3+-Tm3+-Yb3+Mn2+ vật liệu thủy tinh SALC + Phân t ch thảo luận quang phổ phát xạ cận hồng ngoại đơn tạp Ho3+, Tm3+ đồng pha tạp Ho3+-Yb3+, Tm3+-Yb3+, Mn2+-Yb3+, Ho3+Tm3+-Yb3+, Ho3+-Tm3+-Yb3+-Mn2+ vật liệu thủy tinh SALC Từ xác đ nh đƣợc kết hợp, chuyển giao lƣợng mức lƣợng lân cận chuyển tiếp Ho3+ Tm3+ Phân t ch, thảo luận đề xuất chế chuyển giao lƣợng Mn2+-Yb3+ dimer với ions Ho3+, Tm3+ vật liệu thủy tinh SALC + Thông qua kết quang phổ phát xạ cận hồng ngoại đơn tạp Ho3+, Tm3+ đồng pha tạp Ho3+-Yb3+, Tm3+-Yb3+, Mn2+-Yb3+, Ho3+Tm3+-Yb3+, Ho3+-Tm3+-Yb3+-Mn2+ vật liệu thủy tinh SALC, lập tỷ lệ cƣờng độ phát xạ cận hồng ngoại Tm3+ Ho3+ Xác đ nh đƣợc nồng độ mol tối ƣu Mn2+ mà tỷ lệ cƣờng độ phát xạ cận hồng ngoại Tm3+ Ho3+ đạt tối ƣu băng thông tối ƣu độ ph ng + Thông qua kết quang phổ phát xạ cận hồng ngoại đơn tạp Ho3+, Tm3+ đồng pha tạp Ho3+-Tm3+-Yb3+, Ho3+-Tm3+-Yb3+-Mn2+ vật liệu thủy tinh SALC, chúng tơi t nh tốn đƣợc độ ph ng băng thông SFN Xác đ nh đƣợc nồng độ mol tối ƣu Mn2+ mol , mà SFN đạt tối ƣu + Đo đạc, t nh tốn thơng số thời gian sống Ho, Tm chuyển tiếp 3F4  3H6 Tm3+ 5I7  5I8 Ho3+ để bổ trợ thêm minh chứng cho trình chuyển giao lƣợng Mn 2+-Yb3+ dimer với ions Ho3+ Tm3+ download by : skknchat@gmail.com 65 KẾT LUẬN V KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN + Chế tạo đƣợc vật liệu thủy tinh silicate với thành phần nguyên vật liệu ch nh h n hợp SiO2–Al2O3–LaF3–CaCO3 + Nội dung luận văn nghiên cứu đo, phân t ch quang phổ hấp thụ, quang phổ phát xạ cận hồng ngoại đơn tạp Tm3+ vật liệu thủy tinh silicate SiO2–Al2O3– LaF3–CaCO3 dƣới k ch th ch bƣớc sóng 808 nm LD Cƣờng độ phát xạ NIR Tm3+ vật liệu thủy tinh silicate có đỉnh bƣớc sóng 1802 nm tăng lên nồng độ mol phạm vi bƣớc sóng từ đến Tm3+ tăng Trong nm, quang phổ phát xạ cận hồng ngoại đơn tạp Tm3+ mẫu thủy tinh SALC- Tm tạo dải băng thơng với FWHM có độ rộng khoảng nm + Nghiên cứu đo, phân t ch quang phổ hấp thụ, quang phổ phát xạ cận hồng ngoại đồng pha tạp Ho3+-Yb3+, Ho3+-Tm3+, Ho3+-Tm3+-Yb3+ vật liệu thủy tinh SiO2–Al2O3–LaF3–CaCO3 dƣới k ch th ch bƣớc sóng 808 nm LD, 980 nm LD Quang phổ phát xạ NIR đồng pha tạp Tm3+-Ho3+ bƣớc sóng từ 18 nm tăng mạnh nhất, khoảng bƣớc sóng nm đến 100 nm, cƣờng độ phát xạ NIR đồng pha tạp Tm3+- Ho3+-Yb3+ bƣớc sóng nm Ho3+ tăng mạnh + Nghiên cứu mở rộng băng thông cận hồng ngoại sợi quang pha tạp Thulium thông qua chế kết hợp đồng pha tạp Ho3+-Yb3+, Ho3+-Tm3+-Yb3+ vật liệu thủy tinh SiO2–Al2O3–LaF3–CaCO3 thơng qua q trình chuyển giao lƣợng Tm3+, Ho3+ Yb3+ dải bƣớc sóng khoảng từ 1550 nm đến 2100 nm ứng dụng cho khuếch đại sợi quang TDFA Quang phổ phát xạ NIR đồng pha tạp Ho3+-Yb3+ mẫu thủy tinh SALC -0.5Ho Yb tạo dải băng thông với FWHM có độ rộng khoảng download by : skknchat@gmail.com 66 160 nm + Nghiên cứu, phân t ch ảnh hƣởng Mn2+(MnCO3) đến băng thông cận hồng ngoại đồng pha tạp Ho3+-Tm3+-Yb3+ vật liệu thủy tinh SiO2–Al2O3–LaF3–CaCO3 Kết thu đƣợc cƣờng độ phát xạ NIR Tm3+Ho3+-Yb3+ dƣới k ch th ch bƣớc sóng 980 nm LD có đỉnh bƣớc sóng 1798 nm (Tm3+: 3F4  3H6) 2050nm (Ho3+: 5I7  5I8 tăng lên đáng kể nồng độ mol % Mn2+ (MnCO3) tăng từ mol đến mol + Trong nghiên cứu luận văn này, Mn2+ khơng có tác dụng mở rộng băng thông cận hồng ngoại cho đồng pha tạp Ho3+-Tm3+-Yb3+ vật liệu thủy tinh SiO2–Al2O3–LaF3–CaCO3 mà Mn2+ thông qua Mn2+-Yb3+ chuyển giao lƣợng cho Ho3+, Tm3+ làm cho độ ph ng băng thông SFN cận hồng ngoại đạt đƣợc tốt Từ kết phân t ch cho thấy độ ph ng băng thông SFN đạt đƣợc tối ƣu với mẫu thủy tinh SALC-0.5Ho0.2Tm2Yb- Mn, tƣơng ứng với nồng độ Mn2+ mol + Thông qua nghiên cứu phân tích thuộc tính ổn đ nh nhiệt, thuộc tính quang đơn tạp Tm3+, Ho3+ đồng pha tạp Tm3+-Ho3+, Tm3+-Ho3+-Yb3+ vật liệu thủy tinh silicate SiO2–Al2O3–LaF3–CaCO3 Chúng nhận thấy vật liệu nghiên cứu ứng dụng khuếch đại quang TDFA KIẾN NGHỊ Việc nghiên cứu ảnh hƣởng MnCO3 đến cƣờng độ phát xạ cận hồng ngoại đồng pha tạp Ho3+-Tm3+-Yb3+ nghiên cứu mở rộng băng thông cận hồng ngoại Thulium vật liệu thủy tinh silicate với thành phần SiO2–Al2O3–LaF3–CaCO3 thông qua kết hợp Tm3+, Ho3+ Yb3+ đồng pha tạp Tm3+-Ho3+, Ho3+-Tm3+-Yb3+ Kết nghiên cứu luận văn này, cung cấp vật liệu download by : skknchat@gmail.com 67 quang học tiềm năng, ứng dụng khuếch đại sợi quang TDFA Tuy nhiên, để vật liệu s dụng chế tạo thành sợi quang thƣơng mại cần nghiên cứu thêm độ bền học số t nh chất, thuộc t nh tán xạ ánh sáng vật liệu thủy tinh Trong nghiên cứu luận văn này, vật liệu thủy tinh có độ chênh lệch nhiệt độ ΔT = Tx – Tg = 80°C, giá tr chƣa tốt Do cần phải phát triển nghiên cứu để cải thiện vật liệu thủy tinh đảm bảo độ ổn đ nh nhiệt tốt download by : skknchat@gmail.com 68 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] H.K Dan, D.C Zhou, Z.W Yang, Z.G Song, X Yu, J.B Qiu, (2015), “Optimizing Nd-Er ratio for enhancement of broadband near-infrared emission and energy transfer in the Er3 +-Nd3 + co-doped transparent silicate glass-ceramics” J Non-Cryst Solid., pp 414, 21–26 [2] L.G Van Uitert, L.F Johnson, 19 , “Energy transfer between rare‐ earth ions” J Chem.Phys., 44, pp 3514 [3] K.F Li, G.N Wang, J.J Zhang, L.L Hu, , “Broadband ~ μm emission in Tm3+-Ho3+co-doped TeO2WO3La2O3 glass”, Solid State Commun., 150, pp 19151918 [ Đ Văn Việt Em, , “Kĩ thuật thông tin quang 2”, Học Viện công nghệ bƣu ch nh viễn thông, Hà Nội [ Vũ Hằng Nga, (2020), “ ghi n iu t ng vật i u th i u ng u ng tinh i i t ng th ng ận h ng ng i ng ng h hu h i , Viện hàn lâm khoa học công nghệ Việt Nam, Hà Nội [ Đoàn Th Phúc, (2020), “Nghiên c u hu iu khu h i t ng vật li u gố i u ng th ng ng th ng ận h ng ng i tinh u it ng ng h ”, Viện hàn lâm khoa học công nghệ Việt Nam, Hà Nội [7] F Roy, A Le Sauze, P Baniel, D Bayart, (2001), 0.8 mu-m + 1.4 mu-m pumping for gain-shifted TDFA with power conversion efficiency exceeding 50% in Proc OAA, Stresa, Italy paper [ T Kasamatsu, Y Yano, H Sekita, 1999 , “Novel mu-m band gain- shifted thulium-doped fiber amplifier by using dual wavelength pumping of µm and µm”, in Proc OAA, Nara, Japan paper PDP1, 24, pp 1684-1686 download by : skknchat@gmail.com 69 [9] K Fujiura, S Sudo, , “1 -µm fiber amplifiers in rare-earth-doped fiber lasers and amplifiers”, Michel J F Digonnet Editor , Marcel Dekker, Inc New York, Basel [10] Bumki Min, Hosung Yoon, Won Jae Lee, and Namkyoo Park, (2000), "Coupled Structure for Wideband EDFA with Gain and Noise Figure Improvement from C to L-band ASE Injection," IEEE Photon Technol Lett., 12, pp 480 - 482 [11] J Kani, M Jinno, 1999 , “Wideband and flat-gain optical amplification from 1460 to 1510nm by serial combination of a thulium-doped fluoride fiber amplifier and fiber Raman amplifier”, Electron Len, 35, pp 10041006 [12] Scott S H Yam and Jaedon Kim, , “Ground State Absorption i n Thulium-Doped Fiber Ampli Experiment and modeling”, IEEE journal of selected topics in quantum electronics, 12(4), pp 797- 803 [13] T Ito, K Fukuchi, K Sekiya, D Ogasawara, R Ohhira, and T Ono, , “ Tb-s (160×40 Gb-s) WDM transmission experiment with 0.8 bit-s-Hz spectral efficiency”, presented at the Eur Conf Optical Communications, Munich, Germany, Paper PDP1.1 [14] S.Bigo, A Bertaina, Y Frignac, S Borne, L Lorcy, D Harmoir, D.Bayart, J P Hamaide, W Idler, E Lach, B Franz, G Veith, P Sillard, L Fleury, P Guenot, and P Nouchi, , “ Tb-s (128×40 Gb-s WDM) transmission over 3×100 km of TeraLightTM fiber,” presented at the Eur Conf Optical Communications, Munich, Germany, Paper PDP1.2 [15] Kozak, M.M., R Caspary, and W Kowalsky, (2004), "Thulium-doped fiber amplifier for the S-band", Technische Universität Braunschweig, Institut für Hochfrequenztechnik, pp 51-54 download by : skknchat@gmail.com 70 [16] Reisfeld R., (1985), "Potential uses of chromium(III)-doped transparent glass ceramics in tunable lasers and luminescent solar concentrators", Mater Sci Eng, 71, pp 375- 382 [1 Phan Văn Độ, (2016), "Nghiên c u tính chất u ng Dy3+ Sm3+ t ng i n ất hi m t ố vật li u họ forua oxit", Luận án tiến s Vật lý, Học viện khoa Học Công nghệ, Viện hàn Lâm Khoa Học Công Nghệ Việt Nam, pp 55-87 [18] Ho Kim Dan, Jianbei Qiu, Dacheng Zhouc, Rongfei Wang, (2018), “Broadband near-infrared emission and energy transfer in Nd-Bi codoped transparent silicate glass-ceramics for optical amplifiers”, Materials Science, pp 517-522 [19] Ho Kim Dan, Jianbei Qiu, Dacheng Zhou, Qing Jiao, Rongfei Wang, Nguyen Le Thai, 19 , “Super broadband near-infrared emission and energy transfer in Nd–Bi– Er co-doped transparent silicate glassceramics”, Materials Letters, vol 234, pp 142 - 147 [20] Nguyễn Th Tuyết Mai, , “Nghiên c u tổng h p vật li u titan dioxit có ho t tính xúc tác quang vùng khả ki n khả n ng ng d ng gốm s , th y tinh”, Luận án Tiến s , Đại học Bách khoa Hà Nội [21] Hu nh Ch Cƣờng, , “Tổng h p nghiên c u tính chất quang c a màng TiO2 ZnO phương ph p S g nhằm ng d ng quang xúc tác”, Khóa luận tốt nghiệp, Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQG-HCM [22] Nguyễn Th Mai Hƣơng, , “Nghiên c u ch t o,tính chất xúc tác u ng nước c a màng tổ h p TiO2-SiO2 VÀ TiO2-PEG phương ph p SOL-GEL”, Luận án Tiến s , Viện hàn lâm khoa học công nghệ Việt Nam download by : skknchat@gmail.com 71 [ Phan Văn Tƣờng, , “C phương ph p tổng h p vật li u gốm”, NXB Đại học quốc gia Hà Nội [24] Hồ Kim Dân , “Ảnh hƣởng q trình x lí nhiệt đến phát xạ Upconversion NIR Erbium vật liệu gốm thủy tinh Tellurite suốt”, T p chí Khoa họ Đ i họ Đà L t [25] Trần Th Hồng, , “Khả t u ng phổ a th y tinh Borat - Telurit pha t p i n ất hi m”, Luận án Tiến S khoa học vật liệu, Viện Hàn Lâm Khoa học & công nghệ Việt Nam [26] Ho Kim Dan, Tran Duy Tap, Hieu Nguyen-Truong, Nguyen Minh Ty, Dacheng Zhou, Jianbei Qiu, 19 , “Effects of heat treatment and Yb3+ concentration on the Downconversion emission of Er 3+-Yb3+ co-doped transparent silicate glass-ceramics”, Materials Research, 22(5): e20190113 [27] D.C Zhou, R.F Wang, Z.W Yang, Z.G Song, Z.Y Yin, J.B Qiu, 11 , “Spectroscopic properties of Tm3+ doped TeO2–R2O–La2O3 glasses for μm optical amplifiers”, J Non-Cryst Solids, vol 357, pp 2409– 2412 [28] Ho Kim Dan, Dacheng Zhou, Rongfei Wang, Qing Jiao, Zhengwen Yang, Zhiguo Song, Xue Yu, Jianbei Qiu, , “Effect of Mn2+ ions on the enhancement red upconversion emission and energy transfer of Mn2+-Tm3+-Yb3+ tri-doped transparent glass-ceramics”, Materials Research Bulletin, 73, pp 357–361 [29] L.A Bueno, A.S.L Gomes, Y Messaddeq, C.V Santilli, J DexpertGhys, S.J.L Ribeiro, , “Tm3+ and Tm3+ –Ho3+ doped fluorogermanate glasses for S-band amplifiers”, J Non-Cryst Solids, 351, pp 1743–1746 [30] H.K Dan, Dai-Nam Le, Hieu T Nguyen-Truong, T.D Tap, H.X Vinh, download by : skknchat@gmail.com 72 N.M Ty, R.F Wang, D.C Zhou, J.B Qiu, , “Effects of Yb3+ on the enhancement NIR emission of Bi+–Er3+ co-doped in transparent silicate glass-ceramics for Erbium-doped fiber amplifier EDFA ”, 19, pp 116-942 [31] J.S Wang, E Snitzer, E.M Vogel, G.H Sigel, Jr, 199 , “1 and , μm emissions of Tm3+ and Tm3+ -Ho3+ co-doped tellurite glasses”, J Lumin., 60 & 61, pp 145–149 [ M Kochanowicz, J Żmojda, P Miluski, A Baranowska, T Ragin, J Dorosz, M Kuwik, W.A Pisarski, J Pisarska, M Leśniak, D Dorosz, 19 , “ μm emission in gallo-germanate glasses and glass fibers codoped with Yb3+ -Ho3+ and Yb3+ -Tm3+ -Ho3+ ”, J Lumin, 211, pp 341- 346 [ P.X Le, N.M Ty, J.B Qiu, D.C Zhou, H.K Dan 19 , “Enhanced upconversion and near-infrared emissions of co-doped Ho3+-Yb3+ in TeO2–ZnO–Na2CO3–La2O3 tellurite glasses”, Opt Mater Exp, 9, pp 3998 [34] J Fan, Y Fan, Y Yang, D Chen, L Calveza, X Zhang, L Zhang, 11 , “Spectroscopic properties and energy transfer in Yb 3+–Ho3+ codoped germanate glass emitting at μm”, J Non-Cryst Solids, 357 (11), pp 2431–2434 [35] Y Tsang, B Richards, D Binks, J Lousteau, A Jha, , “Tm3+-Ho3+ codoped tellurite fiber laser”, Opt Lett, 33, pp 1282 [36] H.K Dan, D.C Zhou, R.F Wang, T.M Hau, Q Jiao, Z.W Yang, Z.G Song, X Yu, J.B Qiu, , “Energy transfer and upconversion emission of Tm3+-Tb3+-Yb3+ co-doped transparent glass-ceramics containing Ba2LaF7 nanocrystals”, J Non-Cryst, Solids, 378, pp 181185 download by : skknchat@gmail.com 73 [37] Z Yang, Y.H Wu, K Yang, P.P Xu, W Zhang, S.X Dai, T.F Xu, , “Fabrication and characterization of Tm3+–Ho3+ co-doped tellurite glass microsphere lasers operating at ~ μm”, Opt Mater, 72, pp 524–528 [38] Nguyen Minh Ty, Dacheng Zhou, Jianbei Qiu, Ho Kim Dan, (2020), “Broadband flat near-mid-infrared emissions of Tm3+–Ho3+ co-doped, and Tm3+ –Ho3+ –Yb3+ tri-doped zinc silicate glasses under 808 and 980 nm laser diode excitations”, Infrared Physics and Technology, 111, pp 103-483 [39] Ho Kim Dan, Dacheng Zhou, Rongfei Wang, Qing Jiao, Zhengwen Yang, Zhiguo Song, Xue Yu, Jianbei Qiu, , “Effect of Mn2+ ions on the enhancement red upconversion emission and energy transfer of Mn2+/Tm3+/Yb3+ tri-doped transparent glass-ceramics”, Materials Research Bulletin, 73, pp 357–361 [40] A.H Gray, J.D Markel, 19 , “A spectral-flatness measure for studying the autocorrelation method of linear prediction of speech analysis”, IEEE Trans Acoust Speech Signal Process., 22, pp 207–217 [41] N Madhu, , “Note on measures for spectral flatness”, Electro Lett., 45 (3), pp 1195 [42] H.K Dan, N.L Thai, L.D Tin, J.B Qiu, D.C Zhou, Q Jiao, (2018), “Enhanced near/mid-infrared emission bands centered at ∼1.54 and ∼2.73 µm of Er3+-doped in transparent silicate glass-ceramics via Mn2+Yb3+ dimer”, Infra Phys & Tech., 95, pp 33–38 [43] Y.R Zhu, X.J Shen, X.E Su, M.H Zhou, Y.X Zhou, (2019), “Er3+/Pr3+/Nd3+ tri-doped tellurite glass for ultra-broadband amplification applications”, Mater Lett., 24, pp 175–177 [44] Z.C Duan, J.J Zhang, W.D Xiang, H.T Sun, L.L Hu, (2007), download by : skknchat@gmail.com 74 “Multicolor upconversion of Er3+/Tm3+/Yb3+ doped oxyfluoride glass ceramics”, Mater Lett., 61, pp 2200–2203 download by : skknchat@gmail.com ... đồng pha tạp Tm3+- Ho3+- Yb3+ vật liệu thủy tinh silicate Đồng thời, nghiên cứu ảnh hƣởng Mn2+ đến phát xạ cận hồng ngoại đồng pha tạp Tm3+- Ho3 -Yb3+ thủy tinh silicate ứng dụng cho khuếch đại quang. .. hƣởng Mn2+ đến phát xạ cận hồng ngoại đồng pha tạp Tm3+- Ho3+- Yb3+ để ứng dụng cho khuếch đại sợi quang TDFA ĐỐI TƢỢNG V PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu chế tạo vật liệu đơn tạp Yb3+, Ho3+, Tm3+ đồng. .. đo, phân t ch quang phổ phát xạ cận hồng ngoại vật liệu thủy tinh silicate chứa đơn tạp Tm3+, Ho3+, đồng pha tạp Tm3+- Ho3+, Tm3+- Yb3+, Ho3+- Yb3+, Tm3+- Ho3+ -Yb3+ Tm3 +Ho3+ -Yb3+ -Mn2+ thiết b đo