上海光机所提出Yb3+/Al3+/B3+共掺石英玻璃结构模型

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室在Yb³⁺/Al³⁺/B³⁺共掺石英玻璃中建立了B₂O₃取代SiO₂时性质和结构演化的直观模型。相关研究成果正式发表于《美国陶瓷学会杂志》(Journal of the American Ceramic Society)。　　 Ww=b{lUD  
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Yb<sup>3+</sup>/Al<sup>3+</sup>共掺石英光纤是高功率激光器中最重要的增益介质。但是，较高的熔融温度和较高的折射率大大限制了其应用。B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>可有效降低玻璃熔体的粘度，并影响稀土离子的光学性能，但根本原因不明。 h_15"rd  
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研究团队通过溶胶-凝胶法制备了具有不同B<sup>3+</sup>/Yb<sup>3+</sup>比例的掺Yb<sup>3+</sup>/Al<sup>3+</sup>/B<sup>3+</sup>共掺石英玻璃，同时制备了掺Yb<sup>3+</sup>，掺Y<sup>3+</sup>/Al<sup>3+</sup>/B<sup>3+</sup>，掺B<sup>3+</sup>的二氧化硅和硼硅酸盐玻璃。通过红外、拉曼光谱，<sup>29</sup>Si，<sup>27</sup>Al和<sup>11</sup>B魔角旋转核磁共振光谱以及<sup>27</sup>Al{<sup>11</sup>B}和<sup>11</sup>B{<sup>27</sup>Al}旋转回波双共振实验系统分析了Yb<sup>3+</sup>/Al<sup>3+</sup>/B<sup>3+</sup>共掺杂石英玻璃的网络结构。当B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>低于2mol%时，Yb-O-B键替代部分Yb-O-Al/Si键，导致标量晶体场参数，Yb<sup>3+</sup>不对称度和Yb<sup>3+</sup>截面减小。进一步增加的B原子更倾向于与Si和Al连接，而不是Yb。因此，上述参数基本不变，但添加B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>可以连续降低折射率和密度。 mb*|$ysPx  
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该研究可为制备低数值孔径的掺Yb<sup>3+</sup>的石英光纤提供参考。相关研究得到了国家自然科学基金、上海自然科学基金和上海国际合作基金的支持。 ^y[- e9O|  
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论文链接：https://doi.org/10.1111/jace.17155 I-m Bj8^;  
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