Tm3+/Er3+单掺与共掺硼酸盐玻璃的光谱特性及其在宽带近红外放大与生物成像中的应用研究

本综述系统探讨了Tm3+/Er3+掺杂硼酸盐玻璃的光谱性能，重点分析了其在0.808 μm激发下的非对称近红外（NIR）荧光发射、能量转移（ET）机制及上转换（UC）特性。研究通过Judd–Ofelt（J–O）理论计算了强度参数Ωt，评估了辐射跃迁概率（AR）、分支比（βR）和发射截面（σem），为宽带放大器（如TDFA、EDFA）和生物医学成像（如BW窗口）提供了材料设计依据。

　　

Highlights

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  通过高温熔融淬冷法制备了Tm³⁺/Er³⁺单掺与共掺的硼酸盐玻璃，并系统研究了其物理、结构、光学、近红外（NIR）荧光、上转换（UC）发射、NIR发光衰减及能量转移（ET）特性。
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  计算得到的CIE色坐标（0.151, 0.030）和优异色纯度（CP=98.8%）表明，Tm³⁺掺杂样品在近紫外（n-UV）激发下可用于蓝色LED光源的构建，并具备蓝色激光发射潜力（A_R=1544 s^?1，β_R=54%）。

Conclusions

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  Tm³⁺/Er³⁺共掺透明硼酸盐玻璃在0.808 μm激发下表现出显著的宽带近红外（NIR）荧光（有效带宽～63–72 nm），覆盖1.3–1.65 μm范围，适用于宽带光纤放大器（如覆盖S+C+L波段）和可调谐激光器。
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  Tm³⁺离子通过Er³⁺→Tm³⁺能量转移（ET）有效抑制了Er³⁺的上转换（UC）绿光发射，同时增强了Tm³⁺的1.8 μm发射，这一机制为设计高效NIR光源和生物成像探针提供了新策略。
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  玻璃的低声子能量和高折射率（n）特性进一步优化了辐射跃迁概率和发射截面，使其在光通信（WDM系统）、医疗治疗（如激光手术）和环境监测（如LiDAR）中具有广阔应用前景。