Nghiên cứu đặc tính phát quang của vật liệu thủy tinh pha tạp er3+ ứng dụng trong phát triển EDFA và g LEDs (tt)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ TRỊNH NGỌC ĐẠT NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH PHÁT QUANG CỦA VẬT LIỆU THỦY TINH PHA TẠP Er3+ ỨNG DỤNG TRONG PHÁT TRIỂN EDFA VÀ G-LEDs Chuyên ngành: Kĩ thuật điện tử Mã số: 8520203 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ Đà Nẵng – Năm 2022 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học : TS HUỲNH THANH TÙNG Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS NGUYỄN TẤN HƯNG Phản biện 1: TS TRẦN THỊ MINH HẠNH Phản biện 2: TS NGUYỄN THỊ KHÁNH HỒNG Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kĩ thuật điện tử họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 15 tháng 05 năm 2022 Có thể tìm hiểu luận văn tại: − Trung tâm Học liệu Truyền thông, Trường Đại học Bách khoa ĐHĐN − Thư viện Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội MỞ ĐẦU Ngày nay, vật liệu thủy tinh pha tạp đất có nhiều ứng dụng lĩnh vực đời sống, chẳng hạn phát triển laser phát quang chuyển đổi ngược (UCL), khuếch đại quang, hiển thị màu, phân tích y sinh, cảm biến nhiện độ, cảm biến laser từ xa, viễn thông, truyền dẫn, laser Raman, ứng dụng mắt bảo vệ LIDAR pin mặt trời [1-4] Trong số đó, ứng dụng quan trọng phải nhắc đến khuếch đại quang sợi pha tạp đất Rare-earth DFAs (RE-DFAs) RE-DFAs có nhiều ưu điểm so với SOAs nhiễu thấp độ lợi cao So với khuếch đại Raman, có số ưu điểm chi phí thấp sử dụng bơm cơng suất cao Hơn nữa, khuếch đại sử dụng RE-DFAs có dải bước sóng tín hiệu đầu vào rộng hơn, từ vùng khả kiến đến vùng hồng ngoại dựa vật liệu đất pha tạp vào [5-11] Một nguyên tố đất sử dụng phổ biến Erbium (Er3+) [5-6] Điều dựa lợi ích băng tần hoạt động cửa sổ truyền dẫn thứ 1550nm, đặc trưng suy hao thấp Khuếch đại trường hợp gọi khuếch đại quang sợi pha tạp nguyên tố Erbium (EDFA) Một số thành phần đất khác sử dụng tùy vào mục đích khác ví dụ : Lathan (La) dùng việc phát triển cấu trúc vi mơ tính chất học số hợp kim nhôm [12], Yterbi(Yb) sử dụng khuếch đại tín hiệu khoảng 9751200nm[13-14] Ngồi ra, phát quang sử dụng bơm diode laser dải phổ vùng hồng ngoại gần (1.5µm) hồng ngoại trung (2.8µm), ion Er3+ lựa chọn tuyệt vời chuyển dời điện tích từ 4I13/2 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội → 4I15/2 4I11/2 → 4I13/2 tương ứng Từ liệu thu thập trên, thấy khả truyền dẫn hệ thống ghép kênh theo bước sóng (WDM) cải thiện Đặc biệt tình hình nay,các thiết bị EDFA nhận quan tâm rộng rãi hệ thống ghép kênh phân chia theo bước sóng[15] Nhiều nhóm nghiên cứu tìm kiếm loại thủy tinh sợi chúng để thu khuếch đại tín hiệu vượt ngồi cửa sổ quang học NIR thông thường khoảng từ 1530 đến 1565 nm, thường gọi Cband Trên thực tế, băng thông phổ cho hệ thống EDFA thương mại dựa thủy tinh silicat khoảng 40 nm, chúng có đường cong khuếch đại hẹp giới hạn khả truyền dẫn hệ thống WDM Thủy tinh silicate ưa chuộng để làm mạng chủ giá thành rẻ chúng có nhược điểm chiết suất thấp hấp thụ dải OH lớn Vì thế, việc tạo vật liệu thủy tinh để thay vấn đề quan tâm nhà khoa học Giữa loại vật liệu thủy tinh mềm lại, thủy tinh borate biết đến lựa chọn phù hợp cho nguyên tố đất Thủy tinh borate (B2O3) dạng thủy tinh có độ suốt tốt, độ bền hóa học cao, ổn định nhiệt khả pha tạp đất tốt [17] Tuy nhiên, thủy tinh thủy tinh borate đứng có lượng phonon cao (~1300cm-1), điều ngăn chặn q trình phân rã khơng phát xạ phát xạ ion đất bị giảm mạnh Chính thế, việc thêm vào oxit kim loại nặng vào B2O3 làm giảm đáng kể lượng phonon cho phát quang với cường độ cao từ thích hợp cho laser khuếch đại quang [18] Mặt khác, thủy tinh có bổ sung Bismuth (Bi2O3) có chiết suất cao điều ảnh hưởng đến chuyển dời ion Er3+ Rất nhiều nghiên THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội cứu trước thủy tinh bismuth pha tạp Er3+ có dải khuếch đại xấp xỉ 80nm vùng 1.55µm [19-20] Hơn nữa, thủy tinh bao gồm bismuth có tính chất hóa học vật lý tốt thuận lợi cho q trình gia cơng khí kéo sợi Vì thích hợp để sử dụng lĩnh vực viễn thơng, laser sợi quang điều chỉnh chuyển đổi quang phổ [21] Đồng thời, việc thêm ZnO vào thủy tinh thu hút nhiều quan tâm từ cộng đồng khoa học làm thiện độ ổn định làm giảm giãn nở nhiệt thủy tinh Độ rộng vùng cấm lớn, lượng liên kết exciton lớn đặc tính phát xạ nội khiến chúng trở thành ứng cử viên đầy hứa hẹn cho việc phát triển thiết bị quang điện tử, tập trung lượng mặt trời, laser phát tia cực tím cảm biến khí [22] Cùng với đó, có mặt Al2O3 thủy tinh làm tăng độ bền nhiệt thủy tinh Trong nội dung đề tài, thủy tinh borate đóng vai trò mạng chủ pha thêm ZnO, Al2O3 Bi2O3 Ngồi việc ứng dụng viễn thơng, nhiều nhà nghiên cứu quan tâm đến tượng phát quang chuyển đổi ngược (UCL) chúng có nhiều ứng dụng quan trọng lĩnh vực chụp ảnh y sinh, hình hiển thị, pin mặt trời, chẩn đốn y tế liệu pháp quang động.[23-24] Trong trình phát quang chuyển đổi ngược ( thường biết đến trình phát quang anti-Stokes) ion đất hấp thụ nhiều photons bước song dài cho phát xạ vùng bước sóng ngắn Các ion đất Tm3+, Er3+, Ho3+, Nd3+… dự đoán tâm nhạy hiệu để nâng cao phát quang chuyển đổi ngược chúng có mức lượng đầy đủ từ vùng hồng ngoại đến vùng khả kiến Khi ion đất kích thích với ánh sáng hồng ngoại, cường độ phát xạ ánh sáng nhìn thấy tăng từ 2–3 lần Hơn nữa, phát xạ vùng khả kiến ion Er3+ THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 547nm có nhiều ưu điểm lĩnh vực laser thể rắn ngồi ra, phát xạ 4S3/2 → 4I15/2 có hiệu lưu trữ quang học cao có nhiều ứng dụng phát quang màu xanh [16] Chính lí trên, tơi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu đặc tính phát quang vật liệu thủy tinh pha tạp Er3+ ứng dụng phát triển EDFA G-LEDS” để nghiên cứu MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Chế tạo thành công vật liệu phát quang nhóm thủy tinh borate pha tạp (Er3+) với chất lượng cao - Nghiên cứu đặc tính vật liệu phát quang nhóm thủy tinh borate pha tạp Er3+ ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Với mục đích đề ra, đối tượng mà đề tài nghiên cứu nhóm vật liệu thủy tinh borate pha tạp Er3+ - Phạm vi nghiên cứu đề tài nghiên cứu cấu trúc, tính chất phát quang vật liệu thủy tinh pha tạp Er3+ vùng khả kiến vùng hồng ngoại PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp luận luận văn kết hợp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực tiễn để làm rõ nội dung đề tài Cụ thể sau: - Nghiên cứu chế tạo vật liệu phát quang với nhóm thủy tinh Borate pha tạp đất phương pháp thiêu kết nhiệt độ cao - Nghiên cứu tính chất cấu trúc vật liệu phát quang sau chế tạo phép đo nhiễu xạ tia X, đo Raman, EDS Nghiên cứu hình thái kính hiển vi điện tử quét THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội - Nghiên cứu tính chất phổ tính chất phi tuyến vật liệu phát quang - Nghiên cứu tính chất phổ chuyển dời điện tử phép đo phổ hấp thụ, huỳnh quang kích thích huỳnh quang vùng khả kiến hồng ngoại - Xác định nhiệt độ màu (CCT) vật liệu sau hoàn thiện phần mềm Color Calculator (OSRAM) Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Ý nghĩa khoa học: - Những kết thu làm sáng tỏ tính chất phát quang vật liệu thủy tinh pha tạp đất Er3+ vùng khả kiến hồng ngoại, góp phần phát triển EDFA Ngoài kết thu góp phần làm phong phú thêm vật liệu phát quang ứng dụng chế tạo G-LEDs Ý nghĩa thực tiễn: - Kết nghiên cứu đề tài tài liệu tham khảo hữu ích cho cán bộ, sinh viên, cao học viên NCS vật liệu thủy tinh Borate pha tạp đất - Định hướng, cung cấp thơng tin hữu ích cho nhà nghiên cứu sản xuất lĩnh vực sợi quang G-LEDs - Nội dung chi tiết luận văn thạc sĩ Chương : Tổng quan khuếch đại quang Chương : Các phương pháp phân tích cấu trúc tính chất quang vật liệu phát quang Chương : Kết thực nghiệm THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ KHUẾCH ĐẠI QUANG 1.1 Giới thiệu chương 1.2 Tình hình nghiên cứu khuếch đại quang 1.1.1 Khuếch đại quang Một thiết bị nhận số tín hiệu đầu vào tạo tín hiệu đầu có công suất quang học cao gọi khuếch đại quang học Tín hiệu đầu vào đầu nói chung chùm tia laser, lan truyền dạng chùm tia Gauss không gian tự sợi quang Quá trình khuếch đại diễn môi trường khuếch đại, “bơm” (tức cung cấp lượng) từ nguồn bên Các khuếch đại quang học bao gồm bơm ánh sáng bơm điện Chất cách điện sử dụng dạng pha tạp để khuếch đại laser bao gồm tinh thể laser thủy tinh sử dụng dạng khối, ống dẫn sóng sợi quang học Các ion hoạt động với tia laser thường ion đất ion kim loại chuyển tiếp (ít thường xuyên hơn) Loại khuếch đại laser quang phổ biến khuếch đại sợi quang pha tạp erbium, sử dụng thường xuyên cho thông tin liên lạc sợi quang 1.2.2 Ứng dụng khuếch đại quang 1.2.3 Tình hình nghiên cứu xu hướng khuếch đại quang 1.3 Một số mơ hình giải thích chế phát quang ion Er3+ 1.3.1 Phát quang nguyên tố đất 1.3.2 Các chuyển dời quang học ion Er3+ 1.3.3 Phát quang Er3+ vật liệu thủy tinh 1.4 Cơ chế khuếch đại quang sợi EDFA 1.4.1 Sợi quang 1.4.1.1 Hiện tượng phản xạ toàn phần THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 1.4.1.2 Cấu tạo sợi quang 1.4.1.3 Các loại tán sắc sợi quang 1.4.2 Hệ thống WDM 1.4.2.1 Khái niệm hệ thống WDM Hệ thống ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) hệ thống mang nhiều tín hiệu quang có nhiều bước song bước sóng thỏa mãn yêu cầu giới hạn tốc độ truyền luệ hệ thống truyền dẫn Cơng nghệ WDM cải thiện dung lượng hệ thống mà không cần thiết lập tuyến cáp phức tạp Hình 1.8 : Ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) Đặc điểm WDM bước sóng rời rạc tạo thành tập hợp sóng mang trực giao tách ra, định tuyến chuyển mạch mà không gây nhiễu cho Điều trì miễn tổng cường độ công suất quang giữ mức đủ thấp để tránh hiệu ứng phi tuyến q trình kích thích tán xạ Brillouin (SBS) trộn bốn sóng (FWM) làm giảm hiệu suất liên kết[26] 1.4.2.2 Sơ đồ hệ thống WDM 1.4.2.3 Ứng dụng hệ thống WDM 1.4.3 Khuếch đại quang sợi EDFA 1.4.3.1 Nguyên lý khuếch đại quang sợi EDFA THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 10 Nhìn vào giản đồ mức lượng hình Hình 1.14, thấy ion Er3+ có nhiều mức lượng Mức lượng thấp mức đất (ground level), mức mức siêu bền (metastable level), ổn định có thời gian sống trung bình ion erbium 10ms Mức thứ ba lại ngược lại, ion erbium bơm đến mức trở lại mức siêu bền mà không phát xạ photon Đây gọi q trình phân rã khơng phát xạ Hình 1.14: Giản đồ mức lượng Có hai phương pháp để bơm ion erbium lên mức siêu bền là: - Sử dụng bơm bước sóng bơm 980nm: điều nghiên cứu hấp thụ erbium 980nm cao 1500nm, hiệu bơm cao Tuy nhiên suy hao sợi silicate 980nm lớn - Sử dụng bơm bước sóng 1460 – 1500 nm: Bước sóng tín hiệu tối ưu cho DEDFA tìm thấy 1554 nm sử dụng bước sóng bơm 1480 nm THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 11 Hiện nay, hầu hết EDFA sử dụng có bước sóng bơm 980nm 1.4.3.2 Cấu hình hệ thống EDFA 1.5 Hiện tượng phát quang chuyển đổi ngược (Up-conversion) 1.5.1 Cơ chế vật liệu cho tượng phát quang chuyển đổi ngược 1.5.2 Ứng dụng tượng phát quang chuyển đổi ngược 1.5.2.1 Phát ánh sáng laser diode 1.5.2.2 Làm nguồn sáng 1.6 Kết luận chương Như vậy, nội dung chương trình bày tổng hợp nội dung : khuếch đại quang, sợi quang, hệ thống WDM khuếch đại quang sợi EDFA tượng phát quang chuyển đổi ngược Từ nội dung nghiên cứu chương này, tơi nhận thấy khuếch đại quang có ý nghĩa to lớn thời đại bùng nổ tốc độ EDFA lựa chọn hàng đầu khuếch đại Chính thế, việc nghiên cứu phương pháp để xác định tính chất sợi quang pha tạp Er3+ nghiên cứu kĩ nội dung chương luận văn THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 12 CHƯƠNG : CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU PHÁT QUANG 2.1 Giới thiệu chương 2.2 Nhiễu xạ tia X 2.2.1 Giới thiệu 2.2.2 Cơ sở phương pháp nhiễu xạ tia X Bởi tia X có bước sóng khoảng ~ 1Å, nhiễu xạ đối tượng có khoảng cách tuần hồn với đơn vị Angstrom, chẳng hạn nguyên tử tinh thể Hiện tượng nhiễu xạ xảy thông quan can thiệp, đường khác tia sáng số ngun lần bước sóng Điều phương trình Bragg : 2d sin θ = nλ với θ nửa góc tán xạ θ; λ bước sóng tia X, n số nguyên d khoảng cách mặt mạng Hình 2.1 Nhiễu xạ nguyên tử xếp tuần hồn thỏa mãn phương trình Bragg THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 13 2.2.3 Thiết bị giao diện làm việc 2.3 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 2.3.1 Giới thiệu 2.3.2 Cơ chế SEM Từ điểm chiếu sáng chùm điện tử, tín hiệu khác nhau, chẳng hạn điện tử thứ cấp, điện tử tán xạ ngược, tia X đặc trưng phát quang cực âm, phát tùy thuộc vào dạng mẫu vật, mật độ chất nguyên tố chứa bên Kính hiển vi điện tử quét (SEM) thường phát điện tử thứ cấp để tạo thành hình ảnh để quan sát Khi cường độ điện tử thứ cấp tạo thay đổi tùy thuộc vào góc điện tử tới bề mặt mẫu vật, biến thể tinh vi độ nhám bề mặt biểu thị theo cường độ tín hiệu Hình 2.5 : Hình ảnh sợi quang quan sát SEM với độ phóng đại 370 lần THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 14 2.3.3 Thiết bị giao diện làm việc 2.4 Tán xạ Raman 2.4.1 Giới thiệu 2.4.2 Cơ chế phổ tán xạ Raman 2.4.3 Thiết bị giao diện làm việc 2.5 Độ phi tuyến vật liệu 2.6 Phổ tán sắc lượng tia X (EDS) 2.6.1 Giới thiệu 2.6.2 Cơ chế phổ tán xạ lượng tia X (EDS) 2.6.3 Thiết bị giao diện làm việc 2.7 Phân tích tính chất quang vật liệu 2.7.1 Giới thiệu Sự phát quang vật liệu vơ bao gồm q trình : (1) Hấp thụ kích thích, (2) Truyền lượng, (3)Phát xạ Hầu hết vật liệu phát quang cấu tạo bao gồm vật liệu số ion pha tạp và, gọi chất kích hoạt Trong trường hợp này, mạng chủ đóng vai trò : ma trận bị động để xác định vị trí cho ion kích hoạt, thành phần chủ động trính phát quang, tạo ảnh hưởng riêng hành vi phát quang chất kích hoạt Sau đó, giúp định hình cấu trúc mức lượng chất kích hoạt tạo dao dộng lượng khác nhau, gọi phonon THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 15 Hình 2.13 : (a) Một ion kích hoạt A mạng chủ (b) Giản đồ q trình kích thích (hấp thụ( phát xạ ion kích hoạt A 2.8 Kết luận chương Sau hoàn thành chương 2, nghiên cứu vấn đề : - Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X nhằm xác định cấu trúc vật liệu chế tạo sợi quang - Phép đo tán sắc lượng tia X nhằm xác định thành phần nguyên tố vật liệu chế tạo sợi quang - Phép đo tán xạ Raman để xác định thành phần cấu trúc vật liệu chế tạo sợi quang - Phép đo tính chất quang vật liệu chế tạo sợi quang THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 16 CHƯƠNG : KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 3.1 Giới thiệu chương 3.2 Qui trình chế tạo mẫu 3.2.1 Vật liệu hóa chất Bảng 3.1: Thành phần tiền chất mẫu thủy tinh ZABB (%mol) STT Kí hiệu ZABB 10 10 10 70 ZABB0.1 9,9 10 10 70 0,1 ZABB0.3 9,7 10 10 70 0,3 ZABB0.5 9,5 10 10 70 0,5 ZABB0.7 9,3 10 10 70 0,7 ZABB1.0 9,0 10 10 70 1,0 ZABB1.5 8,5 10 10 70 1,5 ZnO Al2O3 Bi2O3 B2O3 Er2O3 3.2.2 Qui trình chế tạo mẫu Hình 3.2 : Quy trình chế tạo vật liệu thủy tinh B2O3-Bi2O3-Al2O3ZnO pha tạp ion Er3+ THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 17 Hình 3.3 : Quá trình rót mẫu vào khn 3.3 Kết phân tích phổ nhiễu xạ tia X Hình 3.5 : Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu thủy tinh chế tạo sợi quang Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu thủy tinh ZABB với góc 2θ khoảng từ 10 – 90 thể Hình 3.5 Nhìn vào hình 3.5, thấy giản đồ nhiễu xạ tia X có hình dạng đám rộng vùng 20-40o Đây giản đồ nhiễu xạ đặc trưng thủy tinh Kết hoàn toàn phù hợp với kết cơng bố nhóm nghiên cứu khác[29,30] THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 18 3.4 Kết phân tích phổ tán xạ Raman Hình 3.8 : Phân tích đỉnh phổ Raman mẫu ZABB 3.5 Kết phân tích thành phần nguyên tố phổ tán sắc lượng tia X Thành phần hóa học mẫu thủy tinh ZABB1.0 sau nghiền xác định phổ EDS kết trình bày Hình 3.11 Từ hình 3.11 ta thấy xự xuất đầy đủ nguyên tố kẽm (Zn), nhôm (Al), bismuth (Bi), borate (B), erbium (Er) với pha khác Hình 3.11 : Phổ EDS mẫu ZABB1.0 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 19 3.6 Tính chất phát quang sợi quang 3.6.1 Phổ kích thích vùng khả kiến Hình 3.12 : Phổ kích thích mẫu ZABB1.0 ứng với xạ 545nm 3.6.2 Phổ phát quang vùng khả kiến Hình 3.15 : Phổ phát quang mẫu với nồng độ pha tạp khác nhau, bước sóng kích thích 378nm 3.7 Khảo sát nhiệt độ màu sợi quang Bảng 3.4 : Bảng tọa độ màu mẫu thủy tinh pha tạp ion Er3+ THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 20 λex = 378 nm λex = 488 nm Mẫu x x y Kí hiệu ZABB0.1 0,2241 0,3298 0,4086 0,5756 ⚫ ZABB0.3 0,2327 0,3819 0,3817 0,6032 ◼ ZABB0.5 0,2282 0,3809 0,3518 0,6326 ◆ ZABB0.7 0,2496 0,4734 0,3377 0,6470  ZABB1.0 0,2419 0,4507 0,3232 0,6623 ▌ ZABB1.5 0,2485 0,4961 0,3302 0,6557 ▄ y 3.8 Kết luận chương Như vậy, chương thành công : - Xây dựng quy trình chế tạo vật liệu thủy tinh dùng sợi quang từ hóa chất : ZnO-Al2O3-Bi2O3-B2O3 pha tạp ion Er3+ - Chế tạo thành công vật liệu thủy tinh dùng sợi quang - Nghiên cứu tính chất cấu trúc vật liệu chế tạo sợi quang phổ nhiễu xạ tia X phổ tán xạ Raman - Nghiên cứu thành phần nguyên tố có vật liệu chế tạo sợi quang phổ tán xạ lượng tia X - Nghiên cứu, phân tích phổ kích thích vật liệu thủy tinh pha tạp Er3+ thủy tinh ZABB suốt này, bước sóng phù hợp để kích thích phát quang ion Er3+ vùng khả kiến 378nm Nghiên cứu phát xạ ion Er3+ vật liệu chế tạo sợi quang vùng khả kiến - Phân tích phổ phát quang ion Er3+ vùng khả kiến với nồng độ pha tạp ion Er3+ khác từ 0,1% đến 1,5% - Khảo sát tọa độ màu mẫu thủy tinh cho thấy chúng hồn tồn có khả sử dụng ứng dụng G-LEDs THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 21 KẾT LUẬN Luận văn với tên đề tài “ Nghiên cứu đặc tính phát quang vật liệu thủy tinh pha tạp Er3+ ứng dụng phát triển EDFA G-LEDs” thực mục tiêu : - Chế tạo thành công vật liệu thủy tinh sử dụng sợi quang đơn pha tạp ion Er3+, tổng hợp từ thành phần ZnO, Al2O3, Bi2O3, B2O3 Er2O3 - Nghiên cứu cấu trúc vật liệu chế tạo phổ nhiễu xạ tia X phổ tán xạ Raman, phân tích thành phần nguyên tố vật liệu sợi quang phổ tán sắc lượng tia X khảo sát đặc tính phát quang vật liệu thủy tinh vùng khả kiến Luận văn thu kết sau : - Luận văn nghiên cứu, tổng hợp kiến thức bản, nguyên lý, ứng dụng sợi quang, kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng WDM, khuếch đại EDFA - Ngoài nội dung luận văn tìm hiểu sở lý thuyết, nguyên lý hoạt động phép đo phân tích tính chất vật liệu sợi quang XRD, Raman, EDS, PL từ áp dụng vào để nghiên cứu tính chất vật liệu chế tạo sợi quang - Xây dựng quy trình chế tạo vật liệu thủy tinh dùng sợi quang với thành phần ZnO, Al2O3, Bi2O3, B2O3 - Chế tạo thành công vật liệu thủy tinh sử dụng sợi quang với thành phần ZnO, Al2O3, Bi2O3, B2O3 đơn pha tạp ion Er3+ - Kết đo nhiễu xạ tia X mẫu vật liệu chế tạo có dạng phổ đám Đây giản đồ nhiễu xạ đặc trưng thủy tinh THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 22 - Kết đo tán xạ Raman thu đỉnh vị trí ~135, 250, 430, 1135, 1300, 1462, 1620 cm-1 Mỗi vị trí đỉnh tương ứng với liên kết vật liệu thủy tinh ZABB nêu rõ bảng 3.3 - Khi phân tích thành phần nguyên tố vật liệu thủy tinh ZABB thu phổ tán sắc lượng tia X, ta thấy xuất đầy đủ nguyên tố Er, Zn, Al, B, Bi, O - Bước sóng 378 nm phù hợp để kích thích phát quang cho ion Er3+ thủy tinh ZABB vùng khả kiến - Phổ phát quang vật liệu gồm đỉnh vị trí 410 nm, 525 nm , 545 nm 660 nm, tương ứng với chuyển dời 2H19/2 → 4I15/2 , 2H11/2 → 4I15/2 , 4S3/2 → 4I15/2 4F9/2 → 4I15/2 - Mẫu thủy tinh ZABB1.0 cho phát quang có cường độ lớn mẫu cịn lại với bước sóng kích thích 378 nm Khi tăng nồng độ pha tạp đến 1,5% cường độ phát quang bắt đầu giảm - Toạ độ màu mẫu cho thấy vật liệu phát quang có màu xanh Dựa vào kết nghiên cứu thấy vật liệu thủy tinh ZABB pha tạp ion Er3+ ứng dụng lĩnh vực sản xuất đèn LED màu xanh Từ kết đạt trên, chúng tơi kết luận luận văn với đề tài: “Nghiên cứu đặc tính phát quang vật liệu thủy tinh pha tạp Er3+ ứng dụng phát triển EDFA GLEDs” hoàn thành đầy đủ đạt yêu cầu nội dung đặt KIẾN NGHỊ Do điều kiện thời gian hạn chế nên chưa thể nghiên cứu sâu với đề tài chẳng hạn chưa thể đo phát quang vùng THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 23 cận hồng ngoại vật liệu, chưa thể đo phổ hấp thụ vật liệu Do đó, để vật liệu thủy tinh chết tạo sử dụng rộng rãi thực tế cần nghiên cứu thêm số đặc tính độ bền, chiết suất, khối lượng riêng, phát xạ vùng cận hồng ngoại,… Trong thời gian đến nghiên cứu để mở rộng băng thông cận hồng ngoại vật liệu thủy tinh cách đồng pha tạp thêm số ion đất Pr3+, Nd3+ THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội ... “ Nghiên cứu đặc tính phát quang vật liệu thủy tinh pha tạp Er3+ ứng dụng phát triển EDFA G-LEDs? ?? thực mục tiêu : - Chế tạo thành công vật liệu thủy tinh sử dụng sợi quang đơn pha tạp ion Er3+, ... ứng dụng phát triển EDFA G-LEDS? ?? để nghiên cứu MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Chế tạo thành công vật liệu phát quang nhóm thủy tinh borate pha tạp (Er3+) với chất lượng cao - Nghiên cứu đặc tính vật liệu. .. liệu phát quang nhóm thủy tinh borate pha tạp Er3+ ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Với mục đích đề ra, đối tượng mà đề tài nghiên cứu nhóm vật liệu thủy tinh borate pha tạp Er3+ - Phạm vi nghiên