Nghiên cứu mở rộng băng thông cận hồng ngoại của thulium trong vật liệu gốm thủy tinh tellurite ứng dụng cho bộ khuếch đại sợi quang TDFA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Đoàn Thị Phúc NGHIÊN CỨU MỞ RỘNG BĂNG THÔNG CẬN HỒNG NGOẠI CỦA THULIUM TRONG VẬT LIỆU GỐM THỦY TINH TELLURITE ỨNG DỤNG CHO BỘ KHUẾCH ĐẠI SỢI QUANG TDFA LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Khánh Hòa – 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Đoàn Thị Phúc NGHIÊN CỨU MỞ RỘNG BĂNG THÔNG CẬN HỒNG NGOẠI CỦA THULIUM TRONG VẬT LIỆU GỐM THỦY TINH TELLURITE ỨNG DỤNG CHO BỘ KHUẾCH ĐẠI SỢI QUANG TDFA Chuyên ngành Mã số : Vật lý kĩ thuật : 8520401 LUẬN VĂN THẠC SĨ: VẬT LÝ KỸ THUẬT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Hướng dẫn : TS Hồ Kim Dân Hướng dẫn : TS Nguyễn Trọng Thành Khánh Hòa – 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn: “Nghiên cứu mở rộng băng thông cận hồng ngoại của Thulium vật liệu gốm thủy tinh Tellurite ứng dụng cho bộ khuếch đại sợi quang TDFA” trung thực khơng có chép hay sử dụng để bảo vệ một học vị Tất giúp đỡ cho việc xây dựng sở lý luận cho luận được trích dẫn đầy đủ ghi rõ nguồn gốc được phép cơng bố Học viên Đồn Thị Phúc LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập, nghiên cứu hoàn thiện luận văn, tác giả nhận được đợng viên, khuyến khích tạo điều kiện giúp đỡ nhiệt tình của cấp lãnh đạo, thầy giáo, anh chị em, bạn bè, đồng nghiệp gia đình Đặc biệt, với lịng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS Hồ Kim Dân tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi giúp em hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô giáo, Khoa, Phịng của Học viện Khoa học Cơng nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tận tình giảng dạy tạo điều kiện để chúng tơi hồn thành chương trình thạc sỹ Tơi xin chân thành cảm ơn Quỹ Phát triển Khoa học Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) tạo điều kiện để hồn thành chương trình thạc sỹ Tơi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô giáo của Viện nghiên cứu Ứng dụng Cơng nghệ Nha Trang nhiệt tình tạo điều kiện thuận lợi để giúp tơi hồn thành khóa học Trong q trình làm luận văn khơng thể tránh khỏi hạn chế, thiếu sót, tơi mong được góp ý dẫn của quý thầy bạn bè để luận văn hồn thiện Học viên Đoàn Thị Phúc DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt TEM Transmission electron microscopy Kính hiển vi điện tử xuyên qua Differential thermal analysis DTA Phân tích nhiệt vi sai XRD X-ray diffraction Thiết bị nhiễu xạ tia X MUX Multiplexing Ghép kênh Optical - Electric Converter Bộ chuyển đổi quang điện WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng LD Laser Diode Diode laser LED Light Emitting Diode Diode phát quang Full Width at Half Maximum Một nửa giá trị cực đại của hàm truyền đạt TDFA Thuliium Doped Fiber Amplifier Khuếch đại quang sợi pha tạp EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Khuếch đại quang sợi pha tạp DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng mật độ cao O/E FWHM DANH MỤC CÁC BẢNG Chương 1: Bảng 1.1 Sự phân chia băng tần WDM 15 Bảng 1.2 Bảng so sánh CWDM DWDM 17 Chương 2: Bảng 2.1 Thành phần nguyên vật liệu thí nghiệm cho mẫu thủy tinh Tellurite: 50TeO2–(23-x)Al2O3–17BaF2–10Na2O–xTm2O3 28 Bảng 2.2 Thành phần nguyên vật liệu thí nghiệm cho mẫu thủy tinh Tellurite: 50TeO2–(21-x)Al2O3–17BaF2–10Na2O–xHo2O3- 2Yb2O3 28 Bảng 2.3 Thành phần nguyên vật liệu thí nghiệm cho mẫu thủy tinh Tellurite: 50TeO2–(22.5-x)Al2O3–17BaF2–10Na2O–xTm2O3-0.5 Ho2O3 29 Bảng 2.4: Thành phần nguyên vật liệu thí nghiệm cho mẫu thủy tinh Tellurite: 50TeO2–(22.5-x)Al2O3–17BaF2–10Na2O–0.5Tm2O3-xHo2O3 29 Bảng 2.5 Thành phần nguyên vật liệu thí nghiệm cho mẫu thủy tinh Tellurite: 50TeO2–(19.5-z)Al2O3–17BaF2–10Na2O–0.5Tm2O3–ZHo2O3–3Yb2O3 30 Bảng 2.6 Thành phần nguyên vật liệu thí nghiệm cho mẫu thủy tinh Tellurite: 50TeO2–(22-x)Al2O3–17BaF2–10Na2O–0.5Tm2O3–0.5Ho2O3–xAgNPs 30 Bảng 2.7 Thành phần nguyên vật liệu thí nghiệm cho mẫu thủy tinh Tellurite: 50TeO2–(19-q)Al2O3–17BaF2–10Na2O–0.5Tm2O3–0.5Ho2O3– 3Yb2OxAgNPs 31 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sự tăng trưởng tích tốc đơ-khoảng cách (B.L) khoảng thời gian 1850 đến 2000 Mỗi dấu trịn đen đánh dấu xuất của mợt cơng nghệ Hình 1.2 Sơ đồ tổng quát của hệ thống thông tin quang Hình 1.3 Các phần tử của hệ thống thông tin quang 10 Hình 1.4 Cấu trúc tổng quát sợi quang 11 Hình 1.5 Các cửa sổ có suy hao thấp sử dụng WDM 15 Hình 1.6 Nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng WDM 16 Hình 1.7 Bộ khuếch đại TDFA 20 Hình 1.8 Các tượng biến đổi quang điện (a) Hấp thụ (b) Phát xạ tự phát (c) Phát xạ kích thích 21 Hình 1.9 Cơ chế bơm của TDFA được bơm 1050nm 22 Hình 1.10 Ứng dụng của khuếch đại quang TDFA 23 Hình 1.11 Sự xếp cấu trúc của một phân tử gốm thủy tinh 25 Hình 2.1 Biểu đồ xác định thành phần trạng thái thủy tinh TeO2–Al2O3– BaF2–Na2O từ thành phần chính TeO2, Al2O3, BaF2 27 Hình 2.2 Ảnh mẫu thủy tinh TABN-0.5Tm nguyên thủy sau đun nóng chảy đổ khuôn 34 Hình 2.3 Hình ảnh chụp mợt vài mẫu thủy tinh thu được trình thí nghiệm 34 Hình 2.4 Quy trình thí nghiệm tạo mẫu gốm thủy tinh, phân tích DTA, XRD, đo đạc thông số quang phổ, lifetime 35 Hình 2.5 Giao diện sử dụng phần mềm TA-60 kèm theo thiết bị đo Shimadzu DTA-60AH để phân tích nhiệt DTA 36 Hình 2.6 Kết phân tích nhiệt DTA của thủy tinh TABN 36 Hình 2.7 Kết phân tích phổ nhiễu xạ (XRD) của thủy tinh TABN 37 Hình 2.8 Mối quan hệ kích thước tinh thể nano BaF2 nhiệt độ xử lý nhiệt 38 Hình 2.9 Kết phân tích TEM của mẫu gốm thủy tinh TABN-570 39 Hình 2.10 Kết phân tích HRTEM của mẫu gốm thủy tinh TABN-57 39 Hình 2.11 Giao diện sử dụng phần mềm UV/VIS Hitachi U-4100 đo quang phổ hấp thụ 40 Hình 2.12 Giao diện sử dụng phần mềm ZOLIX-SBP300 đo quang phổ phát xạ cận hồng ngoại 41 Hình 2.13 Giao diện sử dụng phần mềm FLS-980 kèm theo thiết bị Edinburgh Instruments FLS980 dùng đo thời gian sống 42 Hình 3.1 Quang phổ hấp thụ của đơn tạp Tm3+ mẫu thủy tinh Tellurite TABN-0.5Tm 44 Hình 3.2 Quang phổ phát xạ cận hồng ngoại (NIR) của đơn tạp Tm 3+ mẫu thủy tinh Tellurite TABN-0.5Tm 45 Hình 3.3 Quang phổ phát xạ cận hồng ngoại (NIR) của đơn tạp Tm 3+ mẫu thủy tinh TABN-0.5Tm-glass mẫu gốm thủy tinh TABN0.5Tm-530, TABN-0.5Tm-542, TABN-0.5Tm-560, TABN-0.5Tm-570 46 Hình 3.4 Mối quan hệ nhiệt đợ xử lý nhiệt cường độ phát xạ cận hồng ngoại của Tm3+ tại 1454 nm 1801 nm 47 Hình 3.5 Giản đồ mức lượng của Tm3+ chuyển tiếp của phát xạ NIR đơn tạp Tm3+ 48 Hình 3.6 Quang phổ hấp thụ của đồng pha tạp Ho3+/Yb3+ mẫu gốm thủy tinh Tellurite TABN-0.2Ho2Yb chứa tinh thể nano BaF2 49 Hình 3.7 Quang phổ phát xạ NIR của đồng pha tạp Ho3+/Yb3+ mẫu gốm thủy tinh Tellurite TABN-xHo2Yb (x = 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0 mol %) kích thích bước sóng 980 nm LD 50 Hình 3.8 FWHM của quang phổ phát xạ NIR của đồng pha tạp Ho3+/Yb3+ khoảng bước sóng 1400 nm đến 2200 nm bước sóng kích thích 980 nm LD 51 Hình 3.9 Giản đồ mức lượng của Ho3+, Yb3+ chuyển tiếp của phát xạ NIR đồng pha tạp Ho3+/Yb3+ 52 Hình 3.10 Quang phổ hấp thụ của đơn tạp Ho3+, đơn tạp Tm3+, đồng pha tạp Ho3+/Tm3+, đồng pha tạp Ho3+/Tm3+/Yb3+ gốm thủy tinh TABN 53 Hình 3.11 FWHM của quang phổ phát xạ NIR của đơn tạp Tm3+, đơn tạp Ho3+ đồng pha tạp Tm3+/Ho3+, kích thích của bước sóng 808 nm LD 54 Hình 3.12 Quang phổ phát xạ NIR của đồng pha tạp Tm3+/Ho3+ mẫu thủy tinh TABN-0.5TmxHo (x = 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, 1.2 1.5 mol %) kích thích của bước sóng 808 nm LD 56 Hình 3.13 Giản đồ mức lượng của Tm3+, Ho3+, Yb3+ chuyển tiếp phát xạ NIR của đơn tạp Tm3+, Ho3+, Yb3+ đồng pha tạp Tm3+/Ho3+, Tm3+/Ho3+/Yb3+ 57 Hình 3.14 Quang phổ phát xạ NIR của đồng pha tạp Tm3+/Ho3+ mẫu gốm thủy tinh TABN-yTm0.5Ho (y = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 0.6 mol %) kích thích của bước sóng 808 nm LD 58 Hình 3.15 Quang phổ phát xạ NIR của đồng pha tạp Tm3+/Ho3+/Yb3+ mẫu gốm thủy tinh TABN-0.5TmzHo3Yb (z = 0.5, 0.7, 0.9, 1.2 1.5 mol %) kích thích của bước sóng 980 nm LD 59 Hình 3.16 Thời gian sống của của Ho3+ mẫu thủy tinh mẫu gốm thủy tinh TABN-0.5TmzHo (z = 0.5, 0.7, 0.9, 1.2 1.5 mol %) kích thích của bước sóng 808 nm LD 60 Hình 3.17 Kết phân tích TEM của mẫu gốm thủy tinh TABN0.5Tm0.5Ho-2Ag xử lý nhiệt ở 570 oC 61 Hình 3.18 Quang phổ hấp thụ của mẫu gốm thủy tinh TABN0.5Tm0.5Ho, TABN-0.5Tm0.5Ho3Yb TABN-0.5Tm0.5Ho3Yb-2Ag 62 Hình 3.19 Quang phổ phát xạ NIR của đồng pha tạp Tm3+/Ho3+ mẫu thủy tinh TABN-0.5Tm0.5Ho-pAgNPs (p = 2, 4, 6, 10 mol %) kích thích của bước sóng 808 nm LD 63 Hình 3.20 Mối quan hệ cường độ phát xạ NIR của đồng pha tạp Tm3+/Ho3+ với nồng độ mol % của AgNO3 kích thích bước sóng 808 nm LD 64 Hình 3.21 Quang phổ phát xạ NIR của đồng pha tạp Tm3+/Ho3+ mẫu thủy tinh TABN-0.5Tm0.5Ho3Yb-qAgNPs (q = 2, 4, 6, 10 mol %) kích thích của bước sóng 980 nm LD 65 Hình 3.22 Mối quan hệ cường độ phát xạ NIR của đồng pha tạp Tm3+/Ho3+/Yb3+ với nồng độ mol % của AgNO3 kích thích của bước sóng 980 nm 66 Hình 3.23 Giản đồ mức lượng của Tm3+, Ho3+, Yb3+ chuyển tiếp phát xạ NIR của đơn tạp Tm3+, Ho3+, Yb3+ thông qua AgNPs 67 62 Kết phân tích TEM hình 3.17 cho thấy AgNPs hình thành vật liệu gốm thủy tinh TABN xử lý nhiệt tại nhiệt độ 570 oC 3.4.2 Quang phổ hấp thụ đồng pha tạp Tm3+/Ho3+ Tm3+/Ho3+/Yb3+ ảnh hưởng AgNPs Hình 3.19 Quang phổ hấp thụ của mẫu gốm thủy tinh TABN0.5Tm0.5Ho, TABN-0.5Tm0.5Ho3Yb TABN-0.5Tm0.5Ho3Yb-2Ag Quang phổ hấp thụ của mẫu gốm thủy tinh TABN-0.5Tm0.5Ho, TABN-0.5Tm0.5Ho3Yb TABN-0.5Tm0.5Ho3Yb-2Ag khoảng bước sóng từ 480 nm đến 2000 nm được hiển thị chi tiết hình 3.18 Trên đường cong (c) của hình 3.18 quang phổ hấp thụ của đồng pha tạp Tm3+/Ho3+/Yb3+ mẫu gốm thủy tinh TABN-0.5Tm0.5Ho3Yb-2Ag gồm 10 đỉnh hấp thụ tại bước sóng 467 nm, 538 nm, 645 nm, 682 nm, 790 nm, 978 nm, 1152 nm, 1208 nm, 1663 nm 1949 nm Các đỉnh hấp thụ kết hợp chồng lấp của quang phổ hấp thụ của Tm3+, Ho3+ Yb3+ Đồng thời với vai trò của AgNPs, quang phổ hấp thụ có đỉnh tại bước sóng 978 nm, 1152 nm, 1208 nm, 1663 nm 1949 nm được quan sát mạnh mẫu gốm thủy tinh TABN-0.5Tm0.5Ho3Yb Điều chứng tỏ rằng 63 AgNPs có tác động đến quang phổ hấp thụ của đồng pha tạp Tm3+/Ho3+/Yb3+ mẫu gốm thủy tinh [36] Từ đó, AgNPs có tác đợng đến quang phổ phát xạ cận hồng ngoại của đồng pha tạp Tm3+/Ho3+, Tm3+/Ho3+/Yb3+ mẫu gốm thủy tinh được nghiên cứu phần sau 3.4.3 Quang phổ phát xạ cận hồng ngoại đồng pha tạp Tm3+/Ho3+ Tm3+/Ho3+/Yb3+ ảnh hưởng AgNPs Hình 3.20 Quang phổ phát xạ NIR của đồng pha tạp Tm3+/Ho3+ mẫu thủy tinh TABN-0.5Tm0.5Ho-pAgNPs (p = 2, 4, 6, 10 mol %) kích thích của bước sóng 808 nm LD Quang phổ phát xạ NIR của đồng pha tạp Tm3+/Ho3+ mẫu gốm thủy tinh TABN-0.5Tm0.5Ho-2Ag, 0.5Tm0.5Ho-4Ag, 0.5Tm0.5Ho6Ag, 0.5Tm0.5Ho-8Ag 0.5Tm0.5Ho-10Ag kích thích của bước sóng 808 nm LD được trình bày hình 3.19 64 Khi nồng độ mol % của AgNO3 tăng từ mol % đến 10 mol %, cường độ phát xạ NIR của Tm3+/Ho3+ tại bước sóng 1454 nm (Tm3+: H4   3F4), 1801 nm (Tm3+: 3F4  3H6) 2050 nm (Ho3+: 5I7  5I8) tăng Trong đó, cường độ phát xạ NIR của Tm3+/Ho3+ tại bước sóng 1801 nm (Tm3+: 3F4  3H6) 2050 nm (Ho3+: 5I7  5I8) tăng mạnh [37] Những kết nà chứng tỏ rằng với việc hình thành AgNPs làm cho cường độ phát xạ NIR của Tm3+/Ho3+ tại bước sóng 1454 nm (Tm3+: H4   3F4), 1801 nm (Tm3+: 3F4  3H6) 2050 nm (Ho3+: 5I7  5I8) tăng, AgNPs không tác động làm thay đổi băng thông FWHM của phát xạ NIR của Tm3+/Ho3+ vật liệu gốm thủy tinh Hình 3.21 Mối quan hệ cường độ phát xạ NIR của đồng pha tạp Tm /Ho3+ với nồng độ mol % của AgNO3 kích thích bước sóng 808 nm LD 3+ Mối quan hệ cường độ phát xạ NIR của đồng pha tạp Tm3+/Ho3+ với nồng độ mol % của AgNO3 kích thích của bước sóng 808 nm LD được thể hình 3.20 65 Hình 3.22 Quang phổ phát xạ NIR của đồng pha tạp Tm3+/Ho3+ mẫu thủy tinh TABN-0.5Tm0.5Ho3Yb-qAgNPs (q = 2, 4, 6, 10 mol %) kích thích của bước sóng 980 nm LD Quang phổ phát xạ NIR của đồng pha tạp Tm3+/Ho3+/Yb3+ mẫu gốm thủy tinh TABN-0.5Tm0.5Ho3Yb-2Ag, 0.5Tm0.5Ho3Yb-4Ag, 0.5Tm0.5Ho3Yb-6Ag, 0.5Tm0.5Ho3Yb-8Ag 0.5Tm0.5Ho3Yb-10Ag kích thích của bước sóng 980 nm LD được trình bày hình 3.21 Khi nồng đợ mol % của AgNO3 tăng từ mol % đến 10 mol %, cường độ phát xạ NIR của Tm3+/Ho3+/Yb3+ tại bước sóng 1878 nm (Tm3+: F4  3H6) 2052 nm (Ho3+: 5I7  5I8) tăng Trong đó, có cường đợ phát xạ NIR của Tm3+/Ho3+/Yb3+ tại bước sóng 2052 nm (Ho3+: 5I7  5I8) tăng mạnh, cịn cường đợ phát xạ NIR của Tm3+/Ho3+/Yb3+ tại bước sóng 1486 nm (Tm3+: 3H4   3F4) giảm Những kết chứng tỏ rằng với việc hình thành AgNPs làm cho cường độ phát xạ NIR của Tm3+/Ho3+/Yb3+ kích thích của bước sóng 980 nm LD có đỉnh tại bước sóng 1878 nm (Tm3+: 3F4  3H6) 66 2052nm (Ho3+: 5I7  5I8) tăng, AgNPs không tác động làm thay đổi băng thông FWHM của phát xạ NIR của Tm3+/Ho3+/Yb3+ vật liệu gốm thủy tinh [19] Hình 3.23 Mối quan hệ cường đợ phát xạ NIR của đồng pha tạp Tm /Ho3+/Yb3+ với nồng độ mol % của AgNO3 kích thích của bước sóng 980 nm 3+ Mối quan hệ cường độ phát xạ NIR của đồng pha tạp Tm /Ho3+/Yb3+ với nồng độ mol % của AgNO3 kích thích của bước sóng 980 nm LD được thể hình 3.22 Cường độ phát xạ NIR của Tm3+/Ho3+/Yb3+ tại bước sóng 1486 nm giảm Cường độ phát xạ NIR của Tm3+/Ho3+/Yb3+ tại bước sóng 1878 nm tăng, cịn cường đợ phát xạ NIR của Tm3+/Ho3+/Yb3+ tại bước sóng 2052 nm tăng đáng kể [25,35] 3+ Giản đồ mức lượng của Tm3+, Ho3+, Yb3+ chuyển tiếp phát xạ NIR của đơn tạp Tm3+, Ho3+, Yb3+ thông qua AgNPs được trình bày ở hình 3.23 67 Hình 3.24 Giản đồ mức lượng của Tm3+, Ho3+, Yb3+ chuyển tiếp phát xạ NIR của đơn tạp Tm3+, Ho3+, Yb3+ thông qua AgNPs [30] KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong chương 3, nghiên cứu vấn đề : - Nghiên cứu băng thông phát xạ cận hồng ngoại đơn tạp Tm3+, Ho3+, đồng pha Tm3+/Ho3+, Ho3+/Yb3+, Tm3+/Ho3+/Yb3+ vật liệu gốm thủy tinh Tellurite chứa tinh thể nano BaF2 kích thích bước sóng 808 nm LD 980 nm LD 68 - Nghiên cứu trình chuyển giao lượng ions Tm3+, Ho3+ Yb3+ vật liệu gốm thủy tinh Tellurite chứa tinh thể nano BaF2 - Nghiên cứu mở rộng băng thông đồng pha tạp Tm3+/Ho3+, Ho3+/Yb3+, Tm3+/Ho3+/Yb3+ vật liệu gốm thủy tinh Tellurite chứa tinh thể nano BaF2 đạt tương ứng, Quang phổ phát xạ cận hồng ngoại (NIR) đơn tạp Tm3+ mẫu thủy tinh Tellurite TABN-0.5Tm tạo dải băng tần với FWHM có độ rộng khoảng 300 nm Quang phổ phát xạ cận NIR đồng pha tạp Ho3+/Yb3+ mẫu gốm thủy tinh Tellurite TABN-0.5Ho2Yb tạo dải băng tần với FWHM có độ rộng khoảng 170 nm - Nghiên cứu ảnh hưởng AgNPs đến phát xạ cận hồng ngoại đồng pha Tm3+/Ho3+ kích thích bước sóng 808 nm LD, đồng pha Tm3+/Ho3+/Yb3+ kích thích bước sóng 980 nm LD vật liệu gốm thủy tinh tellurite chứa tinh thể nano BaF2 - Kết nghiên cứu chương khẳng định quang phổ phát xạ cận hồng ngoại (NIR) đồng pha tạp Tm3+/Ho3+ mẫu gốm thủy tinh TABN-yTm0.5Ho (y = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 0.6 mol %) tạo dải băng tần với FWHM khoảng 470 nm, bao phủ băng tần S, C, L cửa sổ quang học Do vậy, vật liệu gốm thủy tinh TABN-yTm0.5Ho (y = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 0.6 mol %) ứng dụng cho tần S, C, L khuếch đại quang TDFA 69 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 KẾT LUẬN + Trong luận văn này, nghiên cứu, tổng hợp kiến thức bản, nguyên lý, ứng dụng của sợi quang, kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM, bộ khuếch đại sợi quang TDFA + Nghiên cứu quy trình chế tạo vật liệu thủy tinh, vật liệu gốm thủy tinh, phương pháp đo quang phổ hấp thụ, quang phổ phát xạ cận hồng ngoại, phân tích DTA, phân tích XRD, TEM, đo thời gian sống của vật liệu + Chế tạo được vật liệu gốm thủy tinh tellurite với thành phần TeO2– Al2O3–BaF2–Na2O chứa tinh thể nano BaF2 + Nghiên cứu đo, phân tích quang phổ hấp thụ, quang phổ phát xạ cận hồng ngoại của đơn tạp Ho3+, Tm3+ vật liệu gốm thủy tinh TeO2– Al2O3–BaF2–Na2O chứa tinh thể nano BaF2 Cường độ phát xạ NIR của Tm3+ vật liệu gốm thủy tinh tellurite tại bước sóng 1457 nm tăng lên khoảng 1.9 lần Cường độ phát xạ NIR của Tm3+ vật liệu gốm thủy tinh tại bước sóng 1801 nm tăng lên khoảng 2.5 lần + Nghiên cứu đo, phân tích quang phổ hấp thụ, quang phổ phát xạ cận hồng ngoại của đồng pha tạp Ho3+/Tm3+, Ho3+/Tm3+/Yb3+ vật liệu gốm thủy tinh TeO2–Al2O3–BaF2–Na2O chứa tinh thể nano BaF2 kích thích của bước sóng 808 nm LD, 980 nm LD Quang phổ phát xạ NIR của đồng pha tạp Tm3+/Ho3+ tại bước sóng 1878 nm tăng mạnh nhất, khoảng bước sóng từ 1400 nm đến 2200 nm, Cường độ phát xạ NIR của đồng pha tạp Tm3+/Ho3+/Yb3+ tại bước sóng 2050 nm của Ho3+ tăng mạnh + Nghiên cứu mở rộng băng thông cận hồng ngoại của sợi quang pha tạp Thulium thông qua chế kết hợp của đồng pha tạp Ho3+/Yb3+, Ho3+/Tm3+/Yb3+ vật liệu gốm thủy tinh TeO2–Al2O3–BaF2–Na2O thơng qua q trình chuyển giao lượng Tm3+, Ho3+ Yb3+ dải bước sóng khoảng từ 1450 nm đến 1850 nm ứng dụng cho bộ khuếch đại sợi quang TDFA Kết thu được quang phổ phát xạ cận hồng ngoại của 70 đơn tạp Tm3+ mẫu gốm thủy tinh Tellurite TABN-0.5Tm tạo dải băng thông với FWHM có độ rộng khoảng 300 nm Quang phổ phát xạ cận NIR của đồng pha tạp Ho3+/Yb3+ mẫu gốm thủy tinh Tellurite TABN0.5Ho2Yb tạo dải băng thông với FWHM có độ rộng khoảng 170 nm Quang phổ phát xạ cận hồng ngoại (NIR) của đồng pha tạp Tm3+/Ho3+ mẫu gốm thủy tinh TABN-yTm0.5Ho (y = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 0.6 mol %) tạo dải băng thông với FWHM khoảng 470 nm, bao phủ băng tần S, C, L cửa sổ quang học Có thể ứng dụng cho tần S, C, L bộ khuếch đại quang TDFA + Nghiên cứu, phân tích ảnh hưởng của AgNPs đến băng thông cận hồng ngoại của đồng pha tạp Ho3+/Tm3+/Yb3+ vật liệu gốm thủy tinh TeO2–Al2O3–BaF2–Na2O chứa tinh thể nano BaF2 Kết thu được cường độ phát xạ NIR của Tm3+/Ho3+/Yb3+ kích thích của bước sóng 980 nm LD có đỉnh tại bước sóng 1878 nm (Tm3+: 3F4  3H6) 2052nm (Ho3+: I7  5I8) tăng lên đáng kể nồng độ của AgNO3 tăng + Thơng qua nghiên cứu phân tích tḥc tính ổn định nhiệt, tḥc tính quang của đơn tạp Tm3+, Ho3+và đồng pha tạp Tm3+/Ho3+, Tm3+/Ho3+/Yb3+ vật liệu gốm thủy tinh TeO2–Al2O3–BaF2–Na2O chứa tinh thể nano BaF2 Vật liệu nghiên cứu ứng dụng bợ khuếch đại quang TDFA 4.2 KIẾN NGHỊ Việc nghiên cứu ảnh hưởng của AgNPs đến cường độ phát xạ cận hồng ngoại của đồng pha tạp Ho3+/Tm3+/Yb3+ nghiên cứu mở rộng băng thông cận hồng ngoại của Thulium vật liệu gốm thủy tinh Tellurite với thành phần TeO2–Al2O3–BaF2–Na2O chứa tinh thể nanocrystal thông qua kết hợp của Tm3+, Ho3+ Yb3+ đồng pha tạp Tm3+/Ho3+, Ho3+/Tm3+/Yb3+ Kết nghiên cứu luận văn này, có thể cung cấp vật liệu quang học tiềm năng, có thể ứng dụng bộ khuếch đại sợi quang TDFA Tuy nhiên, để vật liệu có thể sử dụng chế tạo thành sợi quang thương mại cần nghiên cứu thêm độ bền học một số tính chất, thuộc tính tán xạ ánh sáng… của vật liệu 71 Trong tương lai đề tài có thể mở rộng nghiên cứu tăng cường băng thông cận hồng ngoại cho loại đất khác, ứng dụng cho bộ khuếch đại quan kĩ thuật WDM 72 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Chu Công Cẩn, 2008,“Bài giảng sở kỹ thuật thông tin sợi quang”, Đại học Giao thông vận tải Hà Nội Lê Quốc Cường, Đỗ Văn Việt Em, Phạm Quốc Hợp, 2009, “Kỹ thuật thông tin quang 1”, Học viện công nghệ bưu chính viễn thông Vũ Văn San, 2003, “Hệ thống thông tin quang”, NXB Bưu Điện, Đỗ Văn Việt Em, 2007, “Kỹ thuật thông tin quang 2”, Học Viện công nghệ bưu chính viễn thông Tài liệu trực tuyến, https://khoahoc.tv/soi-quang-hoc-16454 sợi quang học Tài liệu trực tuyến http://ictvietnam.vn/xu-the-phat-trien-cong-nghetruyen-tai-quang-phan-1-14867.htm Biswanath Mukherjee, 2006, “Optical WDM Networks”, Springer Science and Business Media, 965 Ngô Đức Tiến, 2004, “Chuyển mạch gói mạng WDM”, Đồ án tốt nghiệp đại học, Học viện công nghệ bưu chính viễn thông, Hà Nội Nguyễn Duy Dương, 2005, “Khuếch đại quang sợi khả ứng dụng vào mạng viễn thông”, Đồ án tốt nghiệp đại học, Đại học giao thông vận tải, Hà Nội 10 Mai Nguyên Dũng, 2006 “Tán xạ Raman kích thích”, Học viện công nghệ bưu chính viễn thông, Hà Nội 11 Reisfeld R (1985), "Potential uses of chromium(III)-doped transparent glass ceramics in tunable lasers and luminescent solar concentrators", Mater Sci Eng, 71, 375- 382 12 Phan Văn Độ, (2016), "Nghiên cứu tính chất quang của ion đất Dy3+ Sm3+ một số vật liệu họ forua oxit", Luận án tiến sĩ Vật lý, Học viện khoa Học Công nghệ, Viện hàn Lâm Khoa Học Công Nghệ Việt Nam, 55-87 13 Tài Tài liệu trực tuyến, http://cesti.gov.vn/chi-tiet/2402/khong-gian-cong- 73 nghe/gom-thuy-tinh Gốm thủy tinh 2013 14 Churbanov M.F., Snopatin G.E., Zorin E.V., et al, (2005), "Glasses of TeO2 - WO3 - La2O3 systems for fiber optics", J Optoelectr Adv Mater, Vol 7,4 ( 2005) 1765 - 1772 15 Phan Văn Tường, (2007), Các phương pháp tổng hợp vật liệu gốm, NXB Đại học quốc gia Hà Nội 16 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., Solids 414, 21–26 17 D.C Zhou, R.F Wang, Z.W Yang, Z.G Song, Z.Y Yin, J.B Qiu, (2011) Spectroscopic properties of Tm3+ doped TeO2–R2O–La2O3 glasses for 1.47 μm optical amplifiers, J Non-Cryst Solids 357, 2409– 2412 18 L.A Bueno, A.S.L Gomes, Y Messaddeq, C.V Santilli, J DexpertGhys, S.J.L Ribeiro, (2005), Tm3+ and Tm3+–Ho3+ doped fluorogermanate glasses for S-band amplifiers, J Non-Cryst Solids 351,1743–1746 19 H.K Dan, Dai-Nam Le, Hieu T Nguyen-Truong, T.D Tap, H.X Vinh, N.M Ty, R.F Wang, D.C Zhou, J.B Qiu, (2020), Effects of Yb3+ on the enhancement NIR emission of Bi+–Er3+ co-doped in transparent silicate glass-ceramics for Erbium-doped fiber amplifier (EDFA), 219, 116-942 20 J.S Wang, E Snitzer, E.M Vogel, G.H Sigel, Jr, (1994), 1.47, 1.88 and 2.8 μm emissions of Tm3+ and Tm3+-Ho3+ co-doped tellurite glasses, J Lumin., 60 & 61,145–149 21 M Kochanowicz, J Żmojda, P Miluski, A Baranowska, T Ragin, J Dorosz, M Kuwik, W.A Pisarski, J Pisarska, M Leśniak, D Dorosz, (2019), μm emission in gallo-germanate glasses and glass fibers codoped with Yb3+/Ho3+ and Yb3+/Tm3+/Ho3+, J Lumin, 211, 341- 346 22 P.X Le, N.M Ty, J.B Qiu, D.C Zhou, H.K Dan, (2019), Enhanced upconversion and near-infrared emissions of co-doped Ho3+/Yb3+ in 74 TeO2–ZnO–Na2CO3–La2O3 tellurite glasses, Opt Mater Exp, 9.3998 23 J Fan, Y Fan, Y Yang, D Chen, L Calveza, X Zhang, L Zhang, (2011),Spectroscopic properties and energy transfer in Yb3+–Ho3+ codoped germanate glass emitting at 2.0 μm, J Non-Cryst Solids 357 (11), 2431–2434 24 Y Tsang, B Richards, D Binks, J Lousteau, A Jha,(2008), Tm3+/Ho3+ codoped tellurite fiber laser, Opt Lett, 33,1282 25 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, (2016), Energy transfer and upconversion emission of Tm3+/Tb3+/Yb3+ co-doped transparent glass-ceramics containing Ba2LaF7 nanocrystals, J Non-Cryst, Solids.378, 181-185 26 Z Yang, Y.H Wu, K Yang, P.P Xu, W Zhang, S.X Dai, T.F Xu, (2017) , Fabrication and characterization of Tm3+–Ho3+ co-doped tellurite glass microsphere lasers operating at ~ 2.1 μm, Opt Mater, 72, 524–528 27 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,111,103-483 28 K.F Li, G.N Wang, J.J Zhang, L.L Hu,(2010), Broadband ~2 μm emission in Tm3+/Ho3+ co-doped TeO2WO3La2O3 glass, Solid State Commun, 150, 19151918 29 C.Z Wang, Y Tian, X.Y Gao, Q.H Liu, F.F Huang, B.P Li, J.J Zhang, S.Q Xu, (2018), Mid-infrared fluorescence properties, structure and energy transfer around μm in Tm3+/Ho3+ co-doped tellurite glass, J Lumin., 194, 791–796 30 S.X Shen, A Jha, E Zhang, S Wilson, (2007), Tm3+–Ho3+ and Tm3+– Tb3+ energy transfer in tellurite glass, J Lumin., 126(2), 434–440 31 H.K Dan, D.C Zhou, R.F Wang, Q Jiao, Z.W Yang, Z.G Song, X Yu, J.B Qiu, (2016), Effect of Mn2+ ions on the enhancement red upconversion emission and energy transfer of Mn2+/Tm3+/Yb3+ tri-doped 75 transparent glass-ceramics, Mater Resear Bulle, 73, 357-361 32 R.C Wang, H.Y Zhao, M Zhang, J.Q Zhang, S.J Jia, J Zhang, H.Y Peng, G Brambilla, S.B Wang, P.F Wang, (2020), Enhancement mechanisms of Tm3+-codoping on μm emission in Ho3+ doped fluoroindate glasses under 888 nm laser excitation, Ceram Inter, 46, 6973-6977 33 M Li, Y.Y Guo, G.X Bai, Y Tian, L.L Hu, J.J Zhang, (2013), ∼2 µm luminescence and energy transfer characteristics in Tm3+/Ho3+co-doped silicate glass, J Quan Spectro & Rad Trans, 127, 70–77 34 Y Tian, L.Y Zhang, R.R Xu, L.L Hu, J.J Zhang, (2010), μm emission properties in Tm3+/Ho3+ co-doped fluorophosphate glasses, Appl Phys B Laser Opt, 101 (4), 861–867 35 Z.C Duan, J.J Zhang, W.D Xiang, H.T Sun, L.L Hu, (2007), Multicolor upconversion of Er3+/Tm3+/Yb3+ doped oxyfluoride glass ceramics, Mater Lett., 61, 2200–2203 36 Y Tsang, B Richards, D Binks, J Lousteau, A Jha, (2008), A Yb3+/Tm3+/Ho3+ triply doped tellurite fibre laser, Optic Exp, 16 (14) 10690–10695 37 L.L Yang, J.F Tang, J.H Huang, X.H Gong, Y.J Chen, Y.F Lin, Z.D Luo, Y.D Huang, (2013), Spectral properties of Ho3+/Tm3+ co-doped ’Gd2(MoO4)3 crystal as laser gain medium around 2.0 μm, Opt Mater., 35, 21882193 CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỚ LIÊN QUAN ĐẾN ḶN VĂN [1] Ho Kim Dan, Nguyen Minh Ty, Vu Hang Nga, Doan Thi Phuc, AnhLuan Phan, Dacheng Zhou, Jianbei Qiu, Broadband flat near-infrared emission and energy transfer of Pr3+–Er3+–Yb3+ tri-doped niobate tellurite glasses, Journal of Non-Crystalline Solids 549 (2020) 120335 (SCI) [2] Vũ Hằng Nga, Đoàn Thị Phúc, Hồ Kim Dân, Ảnh hưởng của q trình xử lí nhiệt đến phát xạ Upconversion NIR của Erbium vật liệu gốm thủy tinh Tellurite, Tạp chí khoa học Đại học Đà Lạt, Tập 10, Số 2, 2020 105-116 [3] Vu Hang Nga, Doan Thi Phuc, Nguyen Minh Ty, Tran Duy Tap, Ho Kim Dan, Enhanced upconversion emission intensity of Ho 3+/Yb3+ co-doped transparent tellurite glass-ceramics via Yb3+–Mn2+ dimer, The 1st NCKUTDTU Joint International Symposium on Materials Science, ISMS 2019 (Poster) ... cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn: ? ?Nghiên cứu mở rộng băng thông cận hồng ngoại của Thulium vật liệu gốm thủy tinh Tellurite ứng dụng cho bộ khuếch đại sợi quang TDFA? ?? trung... sóng cận hồng ngoại Từ sở trên, chọn đề tài: “ Nghiên cứu mở rộng băng thông cận hồng ngoại của Thulium vật liệu gốm thủy tinh Tellurite ứng dụng cho bộ khuếch đại sợi quang TDFA? ?? Trong. .. quan sợi quang, kĩ thuật ghép kênh phân chia bước sóng (WDM), Bộ khuếch đại quang TDFA tổng quan vật liệu thủy tinh, gốm thủy tinh Từ nghiên cứu chương này, nhận thấy kĩ thuật khuếch đại quang