1078 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 q

BỘGIÁODỤCVÀ ĐÀOTẠO TRƢỜNGĐẠIHỌCQUYNHƠN LƢUTHỊTHANHKỲ NGHIÊNCỨUẢNHHƢỞNGCỦAMn2+ĐẾNP H Á T XẠ CẬNHỒNGNGOẠICỦAĐỒNGPHATẠPTm3+-Ho3+Yb3+TRONGTHỦYTINH SILICATEỨNGDỤNGCHO BỘ KHUẾCHĐẠIQUANGTDFA Chuyên ngành: Vật lý chất rắnMãsố:8440104 Ngƣờihƣớngdẫn:TS.HỒKIMDÂN LỜICAMĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn: “Nghiêncứunh hƣởng củMn2+n ph tcận hồng ngo i củồng pht pTm 3+Ho3+-Yb3+trongthủytinhsilic teứngd ụ n g c h o b ộ k h u c h i quang TDFA” kết nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêutrong luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơngtrình nghiêncứunào Họcviên LƣuThịThnhKỳ LỜICẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Hồ Kim Dân tận tìnhhƣớngdẫn,giúpđỡ,chỉbảovàđộngviêntơihồnthànhluậnvănnày Trong q trình thực luận văn nhận đƣợc nhiều quantâm tạo điều kiện Thầy, Cô khoa Khoa học Tự nhiên Trƣờng ĐạihọcQuyNhơn.Tơixinbàytỏ lịngcảmơn chânthànhtớiqThầy,Cơ Tơi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè tập thể lớp Cao học Vậtlý chất rắn K động viên, khích lệ tinh thần suốt q trình họctậpvànghiêncứukhoa học Mặc dù cố gắng thời gian thực luận văn nhƣng cịnhạn chế kiến thức nhƣ thời gian, kinh nghiệm nghiên cứu nên khơngtránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận đƣợc thơng cảm ýkiếnđónggópqbáutừqThầy,Cơđểluậnvănđƣợchồnthiệnhơn Tơi xin chânthành cảmơn! Họcviên LƣuThịThnhKỳ MỤCLỤC LỜI CAM ĐOANLỜICẢMƠ N DANHMỤCCÁCKHIU,CÁCCHV I TTẮTDANHMỤC CÁCBẢNG DANHMỤCCÁC HÌNH MỞĐẦU CHƢƠNG1.TỔNGQUAN 1.1 KỸTHUẬTGHÉPKÊNHPHÂNCHIABƢỚCSÓNGWDM .4 1.1.1 TổngquanvềkỹthuậtghpkênhphânchiabƣớcsóngW D M 1.1.2 Nguyên líhoạtđộng hệthốngWDM 1.1.3 Phân loạikỹthuậtghépkênh WDM 1.1 .Ứngdụngcủa kỹthuậtghép kênhWDM .6 1.2 BỘKHUC H ĐẠISỢI QUANGTDFA 1.2.1 Tổngquanvềbộkhuếchđại quangTDFA 1.2.2 Nguyên lýhoạtđộngcủa TDFA 10 1.2.3 Ứngdụngcủa bộkhuếchđạiquangTDFA 12 1.3 TỔNGQUANVỀVẬTLIUTHỦYTINHSILICATE 13 1.3.1 Tổngquanvềvậtliệuthủytinhsilicate 13 1.3.2 Đặctínhcủa thủytinhsilicate 15 CHƢƠNG2.THỰCNGHIỆM .18 2.1 GIỚITHIU 18 2.2 VẬTLIU THÍNGHIM 18 MỤCLỤC 2.3 QUYTRÌNHVÀPHƢƠNGPHÁPĐOĐẠC,PHÂNT Í C H T H Í NGHI M 21 2.3.1 Quytrình thí nghiệm .21 2.3.2 PhântíchnhiệtDTA(Differentialthermalanalysis) 25 2.3.3 Đo,phân tíchXRD cácmẫu thủytinhsilicate 27 2.3 Đo, phân tích quang phổ hấp thụ đơn tạp Ho 3+, Tm3+, Yb3+vàđồngphatạpTm3+-Ho3+-Yb3+trongvậtliệuthủytinhsilicateSiO2–Al2O3–LaF3– CaCO3 28 2.3 Đo, phân tích quang phổ phát xạ cận hồng ngoạicác đơn tạp Ho 3+,Tm3+, Yb3+và đồng pha tạpTm3+-Ho3+-Yb3+trong vật liệu thủy tinhsilicateSiO2–Al2O3– LaF3–CaCO3 30 2.3 Đo, phântíchthờigiansống(lifetimes) cácionsHo3+,Tm3+.32 CHƢƠNG3.KẾTQUẢVÀBIỆNLUẬN 35 3.1 KT QUẢ NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH DTA, XRD CỦA VẬT LI UTHỦYTINHSILICATESiO2–Al2O3–LaF3–CaCO3 .35 3.1.1 Phântích DTAmẫu thủytinh SALC 35 3.1.2 Phântích XRDmẫu thủytinhSALC 36 3.1.3 Phântích ảnhSEMmẫu thủytinh SALC 37 3.2 KT Q U Ả N G H I Ê N C Ứ U , P H Â N T Í C H Q U A N G P H Ổ H Ấ P T H Ụ CỦA ĐỒNG PHA TẠP Tm3+-Ho3+-Yb3+TRONG VẬT LI U THỦY TINHSILICATESiO2–Al2O3–LaF3–CaCO3 38 3.2.1 QuangphổhấpthụcủađơntạpTm 3+trongthủytinhsilicateSALC 39 MỤCLỤC 3.2.2 Quang phổ phát xạ cận hồng ngoại NIR đơn tạp Tm3+trongthủytinhsilicateSALC 39 3.2.3 Quangp h ổ h ấ p t h ụ c ủ a đ n g p h a t p H o 3+Yb3+trongt h ủ y t i n h silicateSALC 44 3.2.4 Quangp h t x cậ n h n g n g o i c ủ a đ ồn gp t p H o 3+Yb3+trongthủytinhsilicate SALC .45 3.3 K T QUẢ NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCHBNG THNG CẬN HỒNGNGOẠI CỦA ĐỒNG PHA TẠP Tm3+-Ho3+-Yb3+TRONG VẬT LI UTRONGTHỦYTINHSILICATESiO2–Al2O3–LaF3–CaCO3 48 3.3.1 QuangphổhấpthụcủađồngphatạpTm3+-Ho3+Yb3+trongvậtliệuthủytinhsilicate SiO2–Al2O3–LaF3–CaCO3 .48 3.3.2 PhátxạcậnhồngngoạicủađồngphatạpTm3+-Ho3+-Yb3+trongvậtliệu thủytinhsilicateSALC 50 3.4 PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA Mn 2+ĐN PHÁT XẠ CẬN HỒNGNGOẠICỦAĐỒNGPHATẠPTm3+-Ho3+-Yb3+T R O N G V Ậ T L I U THỦYTINHSILICATESiO2–Al2O3–LaF3–CaCO3 53 3.4.1 Quangp h ổ h ấ p t h ụ c ủ a đ n g p h a t p M n 2+ -Yb3+,Ho 3+-Mn2+-Yb3+vàTm3+-Ho3+- Mn2+-Yb3+trongvậtliệuthủytinh SALC 53 3.4.2 VaitròcủaMn 2+đếnphátxạhồngngoạicủađồngphatạpT m 3+Ho3+-Yb3+trongvậtliệuthủytinhSALC .55 3.4.3 Cácm ứ c n ă n g l ƣ ợ n g v q u t r ì n h c h u y ể n g i a o n ă n g l ƣ ợ n g g i ữ a Ho3+,Tm3+và Yb3+của đồngpha tạpTm3+-Ho3+-Yb3+và Mn2+ 56 3.4.4 ẢnhhƣởngcủaMn 2+đếnđộphngbăngthôngphátxạcậnhồngcủ ađồngpha tạpTm3+-Ho3+-Yb3+ 58 MỤCLỤC 3.5 PHÂN TÍCH Q TRÌNH CHUYỂN GIAO NNG LƢỢNG GI ACÁCIONSHo3+,Tm3+,Yb3+VÀKIMLOẠICHUYỂNTIPMn2+ 60 3.5.1 PhântíchqtrìnhchuyểngiaonănglƣợnggiữaMn2+ -Yb3+vàHo3+ .60 3.5.2 Phânt í c h q u t r ì n h c h u y ể n g i a o n ă n g l ƣ ợ n g g i ữ a M n 2+ Yb3+v Tm3+ 62 KẾTLUẬNVK I Ế N NGHỊ 65 KẾTLUẬN 65 KIẾNNGHỊ 66 DANHMỤC TÀI LIỆUTHAMKHẢO 68 QUYẾTĐỊNHGIAOĐỀTÀI LUẬNVĂNTHẠCSĨ(BẢNSAO) DANHMỤCCÁCKH I Ệ U C Á C CHVIẾTTẮT KH I Ệ U DTA DWDM DEMUX TÊNTIẾNGANH Differentialthermalanalysis Phântíchnhiệtvisai Dense Wavelength DivisionMultiplexing Gh p kênh theo bƣớcsóngmật độ cao Demultiplexer EDFA Erbium-DopedFiberAmplifier FRA Fiber-RamanAmplifier FBA Fiber-BrillouinAmplifier FWHM TÊNTIẾNGVIỆT FullWidthatHalfMaximum MUX Multiplexer NIR Near Infrared SEM ScanningElectronMicroscope TEM Transmission ElectronMicroscopes TDFA Thulium-DopedFiberAmplifier TDF Thulium-DopedFiber WDM Wavelength DivisionMultiplexing XRD X-raydiffraction Mạchgiảighpkênh BộkhuếchđạisợiquangErb ium Khuếch đại theo hiệu ứngphituyếnRaman Khuếch đại theo hiệu ứngphituyếnBrillouin Một n a giá trcực đạicủahàmtruyềnđa Mạchghpkênh Cậnhồng ngoại Kínhhiển viđiện tq u t Kính hiển vi điện ttruyền qua BộkhuếchđạisợiquangTh ulium Sợiđơntạp Thulium Gh p kênh phân chia theobƣớcsóng NhiễuxạtiaX DANHMỤCBẢNG Bảng2 T h n h p h ầ n n g u y ê n v ậ t l i ệ u t h í n g h i ệ m c h o c c m ẫ u t h ủ y t i n h silicate:45SiO2–(28-x)Al2O3–17LaF3–10CaCO3–xTm2O3 19 Bảng2 T h n h p h ầ n n g u y ê n v ậ t l i ệ u t h í n g h i ệ m c h o c c m ẫ u t h ủ y t i n h silicate:45SiO2–(26-y)Al2O3–17LaF3–10CaCO3–yTm2O3–2Yb2O3 20 Bảng2.3.Thànhphầnnguyênvậtliệuthínghiệmchomẫuthủytinhsilicate:45Si O2–(27.5-z)Al2O3–17LaF3–10CaCO3–0.5Ho2O3-zYb2O3 20 Bảng2.4.Thànhphầnnguyênvậtliệuthínghiệmchomẫuthủytinhsilicate:45Si O2–(25.5-p)Al2O3–17LaF3–10CaCO3–0.5Tm2O3–pHo2O3–2Yb2O3 20 Bảng2.5.Thànhphầnnguyênvậtliệuthínghiệmchomẫuthủytinhsilicate:45Si O2–25.3Al2O3–17LaF3–(10-q)CaCO3–0.5Ho2O3–0.2Tm2O3–2Yb2O3-qMnCO3 21 DANHMỤC HÌNHVẼ Hình 1.1.S đồchứcnăngcủahệthống WDM Hình 1.2.Bộkhuếchđại TDFA Hình1.3.BiểuđồmứcnănglƣợngcủaionTm3+ 10 Hình1.4.PhânloạibộkhuếchđạiquangTDFA 12 Hình 2.1.Tỷlệthànhphần chínhvàtrạngtháithủytinhsilicate .19 Hình 2.2.Quytrìnhthínghiệmtạomẫuthủytinh vàđođạc cácthơngsố 23 Hình 2.3.Cốcsứđựng nguyên liệu đểchếtạo mẫu 24 Hình2.4.HìnhảnhlịnungNaberthermdùngđểnungnóngchảyhnhợpvậtliệu chếtạothủytinh .24 Hình2.5.HìnhảnhcácmẫuSALCsaukhichếtạo,ủnhiệtvàđánhbóngbềmặt 25 Hình2 Thiết bp h â n tíchnhiệtShimadzu DTA-60AHdùng đo vàphântích nhiệt chovậtliệu .26 Hình2.7.GiaodiệnphầnmềmTA60kèmtheothiếtbđovàphântíchnhiệtShimadzuDTA-60AH .27 Hình2.8.Thiếtbđ o quangphổhấpthụHitachiU-4100 .28 Hình2.9.KhoangđặtmẫuđocủathiếtbđoquangphổhấpthụHitachi U4100 29 Hình2.10.GiaodiệnphầnmềmtrênthiếtbđoquangphổhấpthụHitachiU-4100 30 Hình2.11.Bộphátbƣớcsóngkíchthích808nmLD 31 Hình 2.12.Giaodiệnphầnmềmtrênthiết bđ o quangphổ 32 Hình2 G i a o d i ệ n s dụ ng phầnm ềm FLS980kèm t h e o t hi ết b EdinburghInstrumentsFLS980dùngđothờigiansống 33 Hình3.1.Kết quảphân tích DTAmẫu thủytinh SALC .35