Abstract A series of Gd2O3–Ga2O3–SiO2 (GGS)-based glasses doped with Nd2O3 were prepared by a conventional high-temperature melting-quenching method. The effect of Nd2O3 doping on the physical and luminescence properties was investigated and the preliminary research on crystallization behavior was also studied. The obtained results showed that the density and refractive index of the prepared GGS-based glasses increased with increasing Nd2O3 content. In the range of 400–900 nm, eight absorption peaks were observed in the Nd2O3-doped GGS-based glasses and the absorption intensity is enhanced with the increase of Nd2O3 content. Three emission peaks ascribed to the transitions from 4F3/2 to 4I9/2, 4I11/2, 4I13/2 at 898, 1057, 1330 nm were observed, respectively. The fluorescence emission intensity increased steeply when Nd2O3 concentration changed from 0.5 to 3.0 wt% and then decreased with the further increment of Nd2O3. Based on the analysis of Judd-Ofelt theory, the spectroscopic quality factor changed from 0.747 to 0.860 with the increase of Nd2O3 content, and the emission transition of 4F3/2 → 4I11/2 centered at ~1057 nm had a higher stimulated emission cross section (2.409–2.881 × 10−20 cm2), which has the potential to be used as a high-power laser (1.06 μm) output medium. The results of crystallization behavior indicated that the adjustment of glass composition or heat treatment schedule could help to obtain the transparent glass-ceramic. The prepared Nd3+-doped GGS-based glasses have the optimal fluorescence performance, which can be used as a potential solid-state optical functional material.

中文翻译：

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添加 Nd3+ 的 Gd2O3–Ga2O3–SiO2 基玻璃的发光特性

摘要 采用传统的高温熔融淬火方法制备了一系列掺杂 Nd2O3 的 Gd2O3-Ga2O3-SiO2 (GGS) 基玻璃。研究了Nd2O3掺杂对物理和发光性能的影响，并对结晶行为进行了初步研究。所得结果表明，制备的 GGS 基玻璃的密度和折射率随着 Nd2O3 含量的增加而增加。在 400-900 nm 范围内，在 Nd2O3 掺杂的 GGS 基玻璃中观察到 8 个吸收峰，并且吸收强度随着 Nd2O3 含量的增加而增强。分别在 898、1057、1330 nm 处观察到了归因于从 4F3/2 到 4I9/2、4I11/2、4I13/2 跃迁的三个发射峰。当 Nd2O3 浓度从 0.5% 变为 3.0 wt% 时，荧光发射强度急剧增加，然后随着 Nd2O3 的进一步增加而降低。根据Judd-Ofelt理论分析，随着Nd2O3含量的增加，光谱品质因子从0.747变为0.860，4F3/2→4I11/2的发射跃迁以~1057 nm为中心具有更高的受激发射截面(2.409–2.881 × 10−20 cm2)，它有可能用作高功率激光 (1.06 μm) 输出介质。结晶行为的结果表明，调整玻璃成分或热处理程序有助于获得透明的微晶玻璃。制备的Nd3+掺杂GGS基玻璃具有最佳的荧光性能，可作为一种潜在的固态光学功能材料。5 至 3.0 wt%，然后随着 Nd2O3 的进一步增加而降低。根据Judd-Ofelt理论分析，随着Nd2O3含量的增加，光谱品质因子从0.747变为0.860，4F3/2→4I11/2的发射跃迁以~1057 nm为中心具有更高的受激发射截面(2.409–2.881 × 10−20 cm2)，它有可能用作高功率激光 (1.06 μm) 输出介质。结晶行为的结果表明，调整玻璃成分或热处理程序有助于获得透明的微晶玻璃。制备的Nd3+掺杂GGS基玻璃具有最佳的荧光性能，可作为一种潜在的固态光学功能材料。5 至 3.0 wt%，然后随着 Nd2O3 的进一步增加而降低。根据Judd-Ofelt理论分析，随着Nd2O3含量的增加，光谱品质因子从0.747变为0.860，4F3/2→4I11/2的发射跃迁以~1057 nm为中心具有更高的受激发射截面(2.409–2.881 × 10−20 cm2)，它有可能用作高功率激光 (1.06 μm) 输出介质。结晶行为的结果表明，调整玻璃成分或热处理程序有助于获得透明的微晶玻璃。制备的Nd3+掺杂GGS基玻璃具有最佳的荧光性能，可作为一种潜在的固态光学功能材料。根据Judd-Ofelt理论分析，随着Nd2O3含量的增加，光谱品质因子从0.747变为0.860，4F3/2→4I11/2的发射跃迁以~1057 nm为中心具有更高的受激发射截面(2.409–2.881 × 10−20 cm2)，它有可能用作高功率激光 (1.06 μm) 输出介质。结晶行为的结果表明，调整玻璃成分或热处理程序有助于获得透明的微晶玻璃。制备的Nd3+掺杂GGS基玻璃具有最佳的荧光性能，可作为一种潜在的固态光学功能材料。根据Judd-Ofelt理论分析，随着Nd2O3含量的增加，光谱品质因子从0.747变为0.860，4F3/2→4I11/2的发射跃迁以~1057 nm为中心具有更高的受激发射截面(2.409–2.881 × 10−20 cm2)，它有可能用作高功率激光 (1.06 μm) 输出介质。结晶行为的结果表明，调整玻璃成分或热处理程序有助于获得透明的微晶玻璃。制备的Nd3+掺杂GGS基玻璃具有最佳的荧光性能，可作为一种潜在的固态光学功能材料。并且以~1057 nm 为中心的 4F3/2 → 4I11/2 的发射跃迁具有更高的受激发射截面 (2.409–2.881 × 10−20 cm2)，有可能用作高功率激光器 (1.06 μm) 输出介质。结晶行为的结果表明，调整玻璃成分或热处理程序有助于获得透明的微晶玻璃。制备的Nd3+掺杂GGS基玻璃具有最佳的荧光性能，可作为一种潜在的固态光学功能材料。并且以~1057 nm 为中心的 4F3/2 → 4I11/2 的发射跃迁具有更高的受激发射截面 (2.409–2.881 × 10−20 cm2)，有可能用作高功率激光器 (1.06 μm) 输出介质。结晶行为的结果表明，调整玻璃成分或热处理程序有助于获得透明的微晶玻璃。制备的Nd3+掺杂GGS基玻璃具有最佳的荧光性能，可作为一种潜在的固态光学功能材料。结晶行为的结果表明，调整玻璃成分或热处理程序有助于获得透明的微晶玻璃。制备的Nd3+掺杂GGS基玻璃具有最佳的荧光性能，可作为一种潜在的固态光学功能材料。结晶行为的结果表明，调整玻璃成分或热处理程序有助于获得透明的微晶玻璃。制备的Nd3+掺杂GGS基玻璃具有最佳的荧光性能，可作为一种潜在的固态光学功能材料。