Pr3+掺杂无机玻璃光谱性质的比较研究

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Pr3+掺杂无机玻璃光谱性质的比较研究摘要本研究中的结果涉及所选无机玻璃中Pr3+离子的可见光和近红外发射，即具有Ga2O3和BaO的硼酸盐基玻璃、具有Ga2O3的磷酸铅玻璃、由BaO/BaF2改性的锗酸镓玻璃和基于InF3的多组分氟化物玻璃。玻璃在蓝色、红橙色和近红外光谱范围内呈现多个发射带，对应于Pr3+的4f–4f电子跃迁。发射带的轮廓及其相对强度比强烈依赖于玻璃基质。Pr3+离子的可见光发射从硼酸盐基玻璃的红色/橙色调谐到基于InF3的多组分氟化物玻璃的近白光。1G4对应的光通信窗口处的近红外发光带的位置和光谱线宽→ 1G4 → 3H5, 1D2 → 1G4,和3H4 → 3F3,3F4→ Pr3+的3F3，3F4跃迁取决于玻璃基质和激发波长。基于InF3的低声子氟化物玻璃和具有BaO/BaF2的锗酸镓玻璃是宽带近红外光学放大器的优秀候选者。比较和讨论了Pr3+掺杂玻璃的光谱性质及其潜在的光学应用。关键词：无机玻璃，Pr3+离子，发光，光谱性质1. 简介掺杂镨的无机玻璃，由于几个可见光和近红外发射跃迁，从光谱的角度来看是令人感兴趣的。系统研究表明，Pr3+离子激发态的辐射弛豫和非辐射弛豫在很大程度上取决于玻璃基质。硼酸盐、磷酸盐、硅酸盐、碲化物、锗酸盐和其他非氧化物玻璃系统的这些方面在文献中有很好的记录。研究了Pr3+掺杂玻璃在可见光波长和近红外（NIR）区域的发射特性。大多数已发表的论文都与重金属玻璃家族玻璃中Pr3+离子的发光光谱有关。铅硅酸盐玻璃中的Pr3+离子受到了特别的重视。进一步的综合研究表明，在嵌入玻璃基质中的银或金纳米颗粒的存在下，与Pr3+离子的电子跃迁相关的发射带增强。 在这里，我们对所选择的含有Pr3+的无机玻璃进行了比较研究，即含有Ga2O3和BaO的硼酸盐玻璃、含有Ga2O3的磷酸铅玻璃、经BaO/BaF2改性的锗酸镓玻璃和基于InF3的多组分氟化物玻璃。根据Pr3+的发光光谱及其衰变，确定了Pr3+离子的几个光谱参数。先前的研究很好地说明了玻璃的结构修饰与其发射和光谱性质之间的关系。例如，在掺有Pr3+离子的硼酸盐玻璃中引入了几种玻璃改性剂。Anjaiah等人研究了MO（其中M=Zn，Ca，Cd）改性的Pr3+掺杂硼酸锂玻璃的发光特性。基于一些光谱参数，如Judd–Ofelt强度参数Ω2和键合参数δ，表明Pr3+的共价环境沿CdOPr3+的玻璃系统中，CdO改性的玻璃成为更好的热释光候选者。在用氧化锂和氟化物改性硼酸盐玻璃组合物的过程中，Pr3+的光谱性质也发生了变化。Jayasankar和Babu揭示了Pr3+离子激发态的辐射寿命随着氧化锂浓度的降低而降低，而其值随着LiF含量的增加而增加。硼酸盐玻璃的局部结构和某些性质也分别随Li2O和Na2O的变化而变化。此外，还用发射光谱法研究了MO（M=Ca，Sr，Ba）改性的Pr3+掺杂硼酸盐基玻璃。与1D2相关的发射波段→ Pr3+离子的3H4跃迁轻微地向较低的波长移动（霞石效应），并且在BaO方向上存在玻璃改性剂的情况下，1D2测量的寿命降低→ SrO→ CaO。通过用BaF2代替BaO实现的硼酸盐玻璃的进一步改性导致红橙色1D2的光谱偏移→ Pr3+离子向较短波长的3H4跃迁。对于玻璃基质，包括不同的玻璃形成剂，发光衰减、发射带轮廓及其相对强度比的变化将更强。先前对一些单掺杂Tm3+、Sm3+、Dy3+、Yb3+的玻璃系统和共掺杂Yb3+/Er3+的玻璃系统进行了这些效应的研究。我们工作的目的是介绍玻璃基质的种类如何影响Pr3+离子发光带的光谱轮廓及其在可见光和近红外范围内测量的相对强度比。基于Pr3+离子的光谱参数，玻璃基质被选为多色可见光源或宽带近红外光学放大器的有前途的材料。2. 材料和方法采用传统的高温熔融淬火技术合成了掺杂Pr3+离子的无机玻璃。它们的化学成分和熔融条件如表1所示。对于所研究的玻璃样品，活化剂浓度是相同的（0.1 mol%）。还选择了掺杂有Ga2O3的Pr3+磷酸铅玻璃（PPG-Pr）来研究红橙色发射随活化剂浓度的变化。制备了具有不同Pr3+浓度的PPG-Pr样品。它们在表2中给出。将适当的高纯度（99.99%）的前体金属氧化物和/或氟化物在Pt坩埚中混合，然后在Ar气氛中的特殊手套箱中熔化。获得尺寸为10mm×10mm、厚度为2mm的玻璃样品。在下一步中，进行吸收和发光测量。使用UV-VIS-NIR分光光度计（Cary 5000，Agilent Technology，Santa Clara，CA，USA）测量吸收光谱。使用VIS/NIR激光系统记录发光光谱及其衰变。激光设备由光子技术国际（PTI）Quanta Master 40（QM40）UV/VIS稳态荧光计（Photon Technology International, Birmingham, NJ, USA）与可调谐脉冲光学参数振荡器（OPO）耦合，由Nd:YAG激光器的三次谐波泵浦（Opotek Opolette 355 LD，Carlsband, CA, USA）、氙气灯作为光源、双200mm单色仪、多模UVVIS PMT R928探测器（PTI Model 914）和Hamamatsu H10330B-75探测器（Hamamatsu, Bridgewater, NJ, USA）组成。光谱测量的分辨率为±0.2 nm。衰变的测量精度为±2µs。透射光谱在Nicolet iS50 ATR光谱仪（Thermo Fisher Scientific Instruments，Waltham，MA，USA）上进行。3. 结果和讨论选择表1中给出的五种玻璃基质，称为IZSBGL Pr、GBFG Pr、GB Pr、PPG Pr和BBG Pr，用于比较光谱研究。应该注意的是，所有玻璃样品都是在相同的实验条件下获得的，以便比较它们的光谱性质。众所周知，与氧化物玻璃系统相比，纯氟化物玻璃的合成条件更具限制性。在我们的情况下，所有样品都是在干燥氩气（O2，H2O＜0.5 ppm）的气氛下在手套箱中制备的。由于玻璃合成过程中氟的蒸发，该过程对IZSBGL Pr特别重要。因此，在熔融之前也加入少量的作为氟化剂的二氟化铵（NH4HF2）。不幸的是，氟离子的实际浓度尚未得到估计。IZSBGL Pr的最终组成可能与标称起始组成有所不同，这是由于在熔融过程中氟的损失。先前发表的工作表明，氟的损失可能相当大。有效猝灭发光的另一个重要因素是OH-基团的浓度，这可以从透射光谱中计算出来。图1显示了玻璃样品在3950–2950 cm−1频率范围内测量的透射光谱。中心在3400 cm-1处的吸收带归因于OH-基团的振动。图1所研究玻璃样品的透射光谱。IZSBGL Pr（a）、GBG Pr和GBFG Pr（b）、BBG Pr（c）和PPG Pr。对于基于InF3的氟化物玻璃，OH–基团的浓度极低。吸收系数和羟基含量分别接近0.088cm−1和3.82 ppm。羟基浓度的降低对于获得具有相对高量子效率的纯氟化物玻璃以及增强近红外和中红外发射是必要的。进一步的研究表明，与氧化物玻璃（GBG-Pr）相比，含BaF2的氟氧-锗酸镓混合玻璃（GBFG-Pr）的羟基能带强度要小得多。在锗酸镓玻璃中，BaO被BaF2取代，OH–基团的残余吸收显著降低。由于P2O5的吸湿性，这些方面对于磷酸盐玻璃也是重要的。与其他氧化物玻璃相比，磷酸盐玻璃中的羟基浓度通常更高。我们最近对磷酸铅体系的研究清楚地表明，在手套箱中合成的玻璃样品的与羟基振动相关的红外波段强度远低于在露天合成的样品。从光学的角度来看，这些现象是非常重要的。基于我们已发表的工作，表3中还总结了所研究的Pr3+掺杂玻璃的不同物理化学性质。根据表3中显示的平均分子量、密度、Pr3+离子浓度和折射率，计算了各种其他辐射参数。三个唯象强度参数Ωt（其中t=2，4，6）是通过使用Judd–Ofelt（J–O）理论的适当关系来计算的。特别是，J–O强度参数Ω2归因于对稀土位点的局部玻璃结构的敏感性。它受Pr3+离子与最近环境之间的对称/不对称位点和共价/离子键合特性的影响。换句话说，Ω2的较低值表明稀土离子与其配体之间的离子键合程度较高。可以清楚地看到，与氟化物玻璃IZSBGL Pr以及归属于PPG Pr和BBG Pr的氧化物玻璃相比，玻璃GBG Pr中Ω2的值更大，这表明Pr3+离子与周围配体之间的共价度更高。与玻璃主体无关，从J–O计算中获得的Pr3+离子的3P0态的辐射跃迁速率明显高于较低的1D2态。根据相关表达式η=τm/τrad×100%（分别测量τm和τrad，并根据J–O理论计算辐射寿命）的进一步计算表明，低声子氧化物（GBG Pr）和氟化物（IZSBGL Pr）玻璃的激发态1D2（Pr3+）的量子效率明显更大，证实了它们适用于近红外发光应用。还通过DSC曲线测量确定了所研究的玻璃基质的玻璃化转变温度Tg。与其他系统相比，氟化物玻璃IZSBGL Pr的Tg值要低得多。玻璃GBG-Pr的特征是在所研究的玻璃系统中玻璃化转变温度最高。还值得注意的是，在BaO被BaF2部分取代的锗酸镓玻璃中，Tg的值从620°C（GBG Pr）变化到599°C（GB FG Pr）。此外，图2中所示的Pr3+离子的能级图有利于几种可见光和近红外发射跃迁。图2:无机玻璃中镨离子的能级图。本文介绍并讨论了基于InF3的氟化物玻璃（IZSBGL-Pr）、含Ga2O3和BaO的硼酸盐玻璃（BBG-Pr）、含Al2O3的磷酸铅玻璃（PPG-Pr）。图3显示了所研究的玻璃系统中Pr3+离子从1D2态的吸收（a，b）和可见光发射（c，d）光谱以及发射衰减（e，f）。吸收光谱由特征带组成，这些特征带对应于从基态3H4到镨离子的更高激发态的跃迁。以445nm和590nm为中心的最强谱带与3H4有关→ 3P2和3H4→ Pr3+的1D2 跃迁。紫外线截止波长，定义为零基线和吸收边缘外推法之间的交叉点，位于300–350 nm范围内。一般来说，从氧化物硼酸盐玻璃BBG-Pr到氟化物玻璃IZSBGL-Pr，吸收边缘向更短的波长移动。可见发射光谱在3P2态（λexc=445nm）激发，并显示出Pr3+离子的几个特征带。最强烈的波段位于蓝色和红橙色光谱范围内，对应于3P0 → 3H4, 1D2 → 3H4, 3P0 → 3H6和3P0→ 3F2的Pr3+电子跃迁。图3：无机玻璃中Pr3+离子的吸收（a，b）和可见光发射（c，d）光谱以及发射衰减曲线（e，f）。进一步的分析表明，位于蓝色和红橙色区域的发射带的相对积分强度完全不同，并且强烈依赖于玻璃基质的种类。先前的研究表明，荧光强度比，即红色与蓝色R/B或橙色与蓝色O/B，随着Pr3+离子浓度的增加而降低。在我们的案例中，还估计了荧光强度比IREDDISH-RANGE/IBLUE随玻璃宿主的变化，并在图3中示意。由于非辐射率的增加，从氟化物玻璃IZSBGL Pr到硼酸盐基玻璃BBG Pr，该因子迅速增强。结果，3P0态非常快地被去填充，并且激发能量被非辐射地转移到下层态1D2（Pr3+）。这可以用主体的声子能量很好地解释（表3），它从510 cm−1（IZSBGL Pr）增加到1400 cm−1。因此，高声子硼酸盐玻璃BBG-Pr有利于桥接Pr3+离子的3P0和1D2态之间的能隙，以及1D2引起的红橙色发射→3H4跃迁占主导地位。发光衰减分析也证实了这一点。Pr3+的多声子弛豫率随着从IZSBGL Pr到BBG-Pr的声子能量的增加而增加。由于较高的多声子驰豫率，从氟化物玻璃IZSBGL Pro到硼酸盐基玻璃BBG-Pr1D2（Pr3+）的测量发光寿命降低。此外，在所有含有0.1mol%Pr3+离子的玻璃样品中，从1D2状态的发光衰减是单指数的。根据Tanner等人最近发表的优秀评论文章，使用WET的Förster表达式的单指数衰减可以通过以下公式给出电偶极型转移：或者以下关系：其中R0是临界转移距离（也称为Förster半径），R是平均离子间分离，等于（3/4πN）1/3，N表示活化剂浓度。当Pr3+离子之间的平均离子间分离R大于临界转移距离R0时，能量转移和交叉弛豫过程被忽略。我们的研究清楚地表明，所有研究的含有0.1 mol%Pr3+离子的玻璃基质的R计算值都大于Förster距离R0（表3）。先前对Pr3+掺杂的ZBLAN氟化物玻璃的研究结果表明，当活化剂（Pr3+）含量≥0.5 mol%时，平均距离小于临界转移距离，并且能量转移过程将促进从1D2状态的非指数衰减。在无机玻璃体系中，还发现测量的1D2发光寿命比Pr3+离子的3P0寿命长。这通过多组分氟磷酸盐玻璃、氧氟硼酸盐玻璃、锗酸铅玻璃和硼硅酸盐玻璃以及碲化物和锌-碲-氟硼酸盐系统中Pr3+离子的发光衰减曲线测量得到证实。Pr3+离子在不同玻璃基质中的3P0和1D2态的发光寿命如表4所示。此外，根据发射光谱计算IZSBGL Pr、GBFG-Pr、GBG Pr、PPG Pr和BBG Pr系统的CIE色度坐标的x和y。结果如表5所示。它们如图4中的色度图所示。图4：IZSBGL-Pr（A）、BGFG-Pr（B）、BGGPr（C）、PPGPr（D）和BBGPr（E）玻璃系统的CIE色度坐标。光谱研究表明，PPG-Pr和BBG-Pr属于发射红橙色发射的无机玻璃，类似于最近发表的其他掺杂Pr3+的无铅和铅基玻璃系统。值得注意的是，发射的颜色从红橙色（BGB-Pr）变为黄橙色（BGFG-Pr），其中BaO被BaF2（5mol%）代替。基于CIE图，我们可以得出结论，通过改变玻璃基质的色度参数，可以将发射从红色/橙色（BBG-Pr）调谐到近白光区域（IZSBGL-Pr）。我们先前的研究表明，在玻璃基质的改性过程中，Pr3+离子发射带的光谱轮廓及其相对强度比发生了变化。在橙红色区域，由于1D2而产生的两个发射带→ 3H4（橙色）和3P0→ Pr3+的3H6（红色）跃迁是重叠的，它们的强度强烈依赖于玻璃主体。BaO/BaF2改性的没食子锗酸盐玻璃充分证明了这一点。图5显示了取决于玻璃基质和Pr3+含量的红橙色发射光谱。图5：作为玻璃基质（a）和Pr3+浓度（b）的函数的红橙色发射。从文献数据来看，众所周知，多声子弛豫（MPR）和交叉弛豫（CR）过程在无机玻璃中Pr3+离子1D2态的布居或减少中起着重要作用。对于基于InF3的玻璃，由于MPR过程导致的非辐射跃迁速率Wnr等于2.47×104 s−1，而硼酸盐玻璃的Wnr值大约是氟化物玻璃系统的103倍。主体的声子能量从IZSBGL Pr增加到BBG-Pr。因此，激发能量从更高的3P0态更有效地转移到1D2态，因此，对应于1D2的红橙色发光→ 如上所述，硼酸盐基玻璃（BBG-Pr）中Pr3+的3H4跃迁占主导地位。当Pr3+离子的摩尔浓度相对较低并且其值接近0.1mol%时，在玻璃中观察到这种情况。人们普遍认为，在较低浓度（通常低于0.5 mol%）下，从3P0状态开始的MPR过程有利于从1D2状态开始的红橙色发射更占主导地位。对于更高的活化剂浓度（高于0.5mol%），Pr3+离子之间的非辐射能量转移过程变得有效，并且与1D2相关的发光→ 3H4跃迁通过交叉弛豫被成功猝灭。以下CR过程，1D2:3H4→ 1G4:（3F3,3H4）和1D2:3H4→（3F3,3H4）:1G4，负责Pr3+的1D2状态的减少。此外，我们还对这些方面进行了研究。在我们的案例中，选择磷酸铅玻璃（PPG-Pr）作为中间介质，在其中可以很好地观察到Pr3+离子的3P0和1D2态的发光→3H4跃迁在低活化剂浓度下占主导地位。结果如图5b所示。充分证明1D2的发射强度→3H4跃迁减少，而源自3P0态的谱带的发射强度随着Pr3+浓度的增加而增强。这些现象与Pr3+–Pr3+相互作用的增加以及在较高活化剂浓度下存在的交叉弛豫过程有关。作为Pr3+离子浓度的函数，在氟硼酸锌玻璃中也观察到了类似的情况。我们的实验结果显然表明，当Pr3+含量相对较低（0.1 mol%）时，玻璃主体对光谱因子IREDDISH-ORAGE/IBLUE和测量寿命的变化的贡献（图3）似乎占主导地位。在这种情况下，多声子弛豫过程对Pr3+的激发态弛豫做出了重要贡献（图5a）。当稀土浓度相对较高时，情况完全改变（图5b）。因此，活化剂含量的贡献占主导地位。这种行为是由于存在非辐射能量传递过程（如交叉弛豫），这有助于对应于1D2的发光猝灭→ Pr3+的3H4跃迁。图6显示了无机玻璃中Pr3+离子的近红外发射光谱，分别在445 nm（3P0）和590 nm（1D2）处激发。为了比较发光线宽（定义为半峰全宽（FWHM）），还对在1200–1650 nm范围内测量的光谱进行了归一化。图6无机玻璃中Pr3+离子的近红外发光光谱（a，b）。还指出了在445 nm（c，d）和590 nm（e，f）激发的1200–1650 nm范围内的归一化光谱。近红外发光光谱显示出几个对应于1D2 →3F3,3F4, 1G4 →3H5, 1D2→1G4,和3F4→Pr3+的3F3，3F4跃迁。它们的相对积分发射强度随着玻璃基质的变化而急剧变化。特别是，位于所谓电信窗口（1200–1650 nm）的发光带已被详细检查。在这个光谱范围内，Pr3+离子的超宽带近红外发射与1G4→3H5有关（λp=1330 nm）和1D2→1G4在几种无机玻璃中观察（λp=1480 nm）跃迁，这对于在E-、S-、C-和L-波段工作的光纤放大器非常有用。在一些情况下，以大约1600nm为中心的近红外发射带也是可见的。这个发射带与3H4→ Pr3+相连的3F3,3F4跃迁。对于氟化物玻璃IZSBGL-Pr，观察到了有趣的结果。与其他研究的玻璃系统相比，玻璃IZSBGL Pr中Pr3+离子的发射带的强度（覆盖1200nm至1650nm的光谱范围）也取决于激发波长（445nm/590nm）。当玻璃IZSBGL Pr在445nm（3P2）处被激发时，带的强度极低，并且由于1G4→ 3H5跃迁占主导地位。当玻璃样品在590nm（1D2）处被激发时，情况发生了变化。因此，玻璃中的近红外发射IZSBGL Pr最强，1D2→1G4以1450nm为中心的跃迁占主导地位。对于BBG-Pr、GBG和GBFG玻璃，观察到与激发波长无关的宽带近红外发射带（FWHM高于200nm）。从文献中可知，含有Pr3+离子的玻璃的近红外发光特性强烈依赖于激发波长。蓝色和橙色激发线异常有助于研究蓝光转化为近红外辐射及其机制。已经在一些氟化物材料和其他低声子系统中观察到了这些过程。具有CaF2:Pr3+纳米晶体的玻璃陶瓷材料的实验结果表明，以1G4作为中间态，从蓝色激发的3P0态有效地进行了两步近红外量子切割（NIR-QC）。导致1G4态有效布居的蓝光激发也影响发射带的相对积分强度，其对应于源自Pr3+的1G4和1G4态的近红外跃迁。对于Pr3+/Yb3+共掺杂系统，也观察到依赖于所使用的激发波（474nm/980nm）的可调谐放大带，其中可以选择1D2→1G4或1G4→ Pr3+的3H5跃迁。当激发波长从474 nm变为980 nm时，在Pr3+/Yb3+共掺杂的碲钨酸盐玻璃中，近红外发光从1480 nm附近的E–S波段切换到以1330 nm为中心的O–E波段。最后，确定了Pr3+离子的一些光谱参数。最重要的辐射参数之一是峰值受激发射截面σem，可以使用以下表达式计算：其中，λp是峰值发射波长，n是折射率，c是光速，Δλ是发射线宽（FWHM），AJ是根据J–O理论计算的辐射跃迁率。表3中给出了n和AJ的值。人们普遍认为，有效的激光跃迁需要相对较大的σem值。在下一步中，应用受激发射截面（σem）、测量的发射寿命（τm）和发射线宽（FWHM）来计算以下参数：品质因数FOM（σem×τm）。1D2的结果→ 表6中给出了在590nm激发的玻璃系统中Pr3+离子的1G4跃迁。接近σem=1.28×10−20 cm2的PPG Pr的峰值受激发射截面相对较大，与之前报道的掺有Pr3+的类似磷酸盐基玻璃的1.14×10−20cm2和1.29×10−20cm的值相当。氟化物玻璃IZSBGL Pr的受激发射截面（σem=0.5×10−20 cm2）和增益带宽（σem×FWHM=65×10−27 cm3）较小，主要是由于1D2的光谱线宽显著较低→ Pr3+的1G4跃迁。另一方面，IZSBGL Pr的品质因数（FOM）在所研究的玻璃系统中是最高的。玻璃BBG-Pr的峰值受激发射截面、品质因数（FOM）和增益带宽似乎要小得多，这是由于其相对较大的非辐射跃迁率。因此，高声子硼酸盐基玻璃BBG-Pr对于近红外发光应用是无用的。σem×FWHM乘积作为实现宽带和高增益放大的重要参数，对于GBG和GBFG玻璃（大于200×10−27 cm3）来说相当大。它们的计算值与1D2获得的值（174.6×10−27 cm3）相当→ Pr3+离子在氟碲化物玻璃中的1D4跃迁，证明了其适用于宽带近红外放大器。接近σem=1.28×10−20cm2的PPG Pr的峰值受激发射截面相对较大，与之前报道的掺有Pr3+的类似磷酸盐基玻璃的1.14×10−20cm2和1.29×10−20cm的值相当。氟化物玻璃IZSBGL Pr的受激发射截面（σem=0.5×10−20cm2）和增益带宽（σem×FWHM=65×1010−27cm3）较小，主要是由于1D2的光谱线宽显著较低→ Pr3+的1G4跃迁。另一方面，IZSBGL Pr的品质因数（FOM）在所研究的玻璃系统中是最高的。玻璃BBG-Pr的峰值受激发射截面、品质因数（FOM）和增益带宽似乎要小得多，这是由于其相对较大的非辐射跃迁率。因此，高声子硼酸盐基玻璃BBG-Pr对于近红外发光应用是无用的。σem×FWHM乘积作为实现宽带和高增益放大的重要参数，对于GBG和GBFG玻璃（大于200×10−27cm3）来说相当大。它们的计算值与1D2获得的值（174.6×10−27cm3）相当→Pr3+离子在氟碲化物玻璃中的1G4跃迁，证明了其适用于宽带近红外放大器。4. 结论在这项工作中，报道了所选择的单掺杂Pr3+离子的无机玻璃的比较光谱性质。实验结果仅限于含Ga2O3和BaO的硼酸盐基玻璃、含Ga2O3的磷酸铅玻璃、经BaO/BaF2改性的锗酸镓玻璃和基于InF3的多组分氟化物玻璃。基于吸收/发射光谱测量和发射衰减曲线分析，确定了玻璃样品中Pr3+离子的光谱参数。基于Pr3+的能级图分析了可见光和近红外波段的发射光谱。系统研究表明，发射带的轮廓及其相对积分强度比在很大程度上取决于玻璃基质。Pr3+的可见光发射从硼酸盐基玻璃和含Ga2O3的磷酸铅玻璃的红色/橙色，到含BaO/BaF2的锗酸镓玻璃的黄橙色，再到含InF3的氟化物玻璃的近白光。与相关的电信距离近红外发光的波段位置和光谱线宽1G4→ 3H5, 1D2→ 1G4和3H4 → 3F3，Pr3+的3F4跃迁受到玻璃基质类型和激发波长的影响。基于Pr3+离子的几个光谱参数，提出了基于InF3的低声子氟化物玻璃和具有BaO/BaF2的锗酸镓玻璃是很有前途的光学放大材料。将这些结果与多色可见光源或宽带近红外光学放大器的潜在应用进行了比较和讨论。