Yb：YAB晶体的生长和激光性能研究

采用助熔剂法生长了不同配比的激光自倍频晶体Yb:YAl3(BO3)4(Yb:YAB).在10％的Yb:YAB晶体中,用输入功率为1．4WS,波长为974nm的光纤淹合二极管激光器泵浦得到160mW的高效连续绿光输出,能量转换效率为11．3％,光－光转换效率为3．9％,并采用石英双折射滤波片测得其调谐波长范围为513．0－545．8nm,增大泵浦能量,在977nm处采用二极管泵浦测得其自倍频输出绿光能量为1．1W,总转换效率为10％。     

不同掺杂浓度Yb3+:YAl3 (BO3)4晶体光谱研究

采用顶部籽晶法生长了不同浓度Yb3+:YAl3(BO3)4(Yb:YAB)晶体,X射线粉末衍射(XRD)结果表明晶体的结构与YAB相同.研究了室温下不同掺杂浓度Yb:YAB晶体的偏振吸收光谱,以及块状的偏振荧光谱和粉末的非偏振荧光光谱,通过对不同浓度掺杂Yb:YAB晶体粉末的非偏振荧光谱的分析,实验结果表明:随着Yb3+离子掺杂浓度的增加,辐射陷阱效应对荧光谱的影响越来越严重;因此,提出了Yb:YAB晶体中荧光谱的重心波长移动与Yb3+离子掺杂浓度之间的经验关系来定量分析Yb3+离子掺杂浓度变化对辐射陷阱的影响.并且比较了不同浓度Yb:YAB晶体的光谱参数.结果表明高浓度Yb:YAB晶体是一种潜在的微片和自倍频激光材料.     

水热合成稀土氟化物材料KZnF3∶Er, Yb的上转换发光特性

水热法合成了掺杂Er3+和Yb3+的 KZnF3材料, 研究了Er3+和Yb3+在这种基质材料中的吸收和在980 nm红外光激发下的上转换发光, 对比了不同Yb3+浓度(0%～4%)下的上转换发光特性.实验发现, 在同种材料中, Er3+的红光发光强度要明显强于绿光, 而且掺Yb3+后红光和绿光的光强比不掺Yb3+时都有了很明显地增强.当Yb3+浓度为2%时上转换发光光强达到最强, 大于2%后发光开始减弱.通过分析输出光强与泵浦光强的双对数曲线, 发现Er3+的红光和绿光的发射均属于双光子过程, 最后分析了红光和绿光上转换发光的具体过程和转换通道.     

Tm3+:NaLa(MoO4)2晶体的1.9 μm准连续激光输出

以0.94 mm厚的c切片7.5%(原子分数)Tm3+:NaLa(MoO4)2晶体为增益介质,采用795.5 nm波长钛宝石激光泵浦,实现了1.9 μm准连续激光输出.当输出镜透过率为6.6%时,激光起振阈值为60 mW,斜率效率为50%,最大输出功率为0.5 W.输出激光波长随输出镜透过率的增大向短波方向移动.实验结果表明,Tm3+:NaLa(MoO4)2晶体是一种性能优良的1.9μm波段激光晶体.     

NaYF4∶Er3＋, Yb3＋纳米晶的液相合成

采用丙三醇液相结晶法制备了NaYF4∶Er3＋, Yb3＋上转换纳米晶, 合成步骤被简化. 常温下, 用980 nm的红外激光激发可以观察到很强的绿光、红光发射, 用荧光光谱仪记录了该上转换光谱. X射线粉末衍射(XRD)结果表明, 该方法制备NaYF4∶Er3＋, Yb3＋纳米晶属于立方混合六方晶系. 研究了纳米晶的上转换发光机理, 根据晶体场理论对Er3＋的两个上转换能级进行了Stark分裂计算, 对两个能级之间的谱线进行了归属, 进一步证实了980 nm光子激发Er3＋离子的上转换机理, 一个是连续吸收两个980 nm光子的过程(激发态吸收), 另一个是吸收980 nm光子后, 电子转移到亚稳态能级, 然后再吸收980 nm光子过程(能量转移上转换).     

Nd:GdVO4晶体的生长与光谱性能

采用Czochralski法生长了均匀透明的Nd:GdVO4晶体,测量了其室温偏振吸收谱,并与0.2mol·L^-1的NdCl3溶液的室温吸收谱进行了比较。根据Judd-Ofelt理论,拟合出晶体场唯象强度参数：Ω2=12.629×10^-20cm^2,Ω4=4.828×10^-20cm^2,Ω6=8.425×10^-20cm^2.计算了各能级的辐射跃迁几率AJ,J',振子强度PJ,J;,辐射寿命τ,荧光分支比βJ'等光学参量。并用LD激光器泵浦Nd:GVO4晶体,当量大泵浦功率为26W时,得到输出功率为14.3W波长为1.06μm的基频光,光-光转换效率为55%,斜效率为63%。     

Er^3＋／Yb^3＋：Sr3Y2（BO3）4晶体的光谱和激光性质

采用提拉法生长了双掺Yb3+和Er3+离子浓度分别为18.63%和0.87%(原子分数)的Sr3Y2(BO3)4晶体.利用测量的偏振吸收谱结合Judd-Ofeh理论,拟合得到了该晶体中Er3+离子的偏振和有效J-O参数.测量了Er3+离子4I13/2能级和Yb3+离子2F5/2能级的荧光衰减曲线,并计算了4I13/2能级的荧光量子效率和Yb3+到Er3+的能量传递效率.利用Fuchtbauer-Ladenberg公式计算了Er3+离子4I13/2→4I15/2跃迁的偏振受激发射截面.在平-凹谐振腔中,利用97nm波长光纤耦合准连续半导体激光端面泵浦1.12mm厚的该晶体,当输出镜透过率为1.5%时,获得了最大输出功率为1.3 w和斜率效率为20%的1560 nm附近的激光输出.结果表明,Er3+/Yb3+:Sr3+Y2+(BO3)4晶体是一种优良的1.5～1.6 μm波段激光的增益介质.     

GdF3∶Er3+，Yb3+的合成和上转换发光特性

采用水热法制备了Er3 离子浓度为3%,yb3 离子浓度分别为10%,20%的GdF3:Er3 ,Yb3 .XRD结果表明:合成的样品均为正交结构的GdF3,Cd0.87Yb0.10Er0.03F3和Gd0.77Yb0.20Er0.03F3样品的晶粒尺寸分别为28和26 nm.研究了980 nm红外光激发的上转换发射光谱.结果表明:红光和绿光发射分别来自于Er3 离子的2H11/2,4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁.样品的绿光发射强度较红光发射强.但绿光和红光发射的相对强度比例与Yb3 离子浓度有关.对Gd0.87Yb0.10Er0.03F3和Gd0.77Yb0.20Er0.03F3样品中可能的上转换发光机制进行了讨论.     

ZrO2∶Er3+,Yb3+纳米晶的制备及Er3+离子能级在晶体场中的分裂

采用1,3-丁二醇低热结晶法制备了ZrO2∶Er3+,Yb3+纳米晶.常温下,用980nm的红外激光激发可以观察到很强的ZrO2∶Er3+,Yb3+纳米晶红光发射,用荧光光谱仪记录了该上转换光谱.X射线粉末衍射(XRD)结果表明,ZrO2∶Er3+,Yb3+纳米晶属于立方晶系.研究了纳米晶的上转换发光机理,根据晶体场理论对Er3+的2个上转换能级进行了Stark分裂计算,对2个能级之间的谱线进行了归属,进一步证实了980nm激发Er3+离子的上转换经历两个过程:一是连续吸收2个980nm光子的过程,二是吸收980nm光子,电子转移到亚稳态能级后,再吸收980nm光子的过程     

GdF3∶Er^3＋,Yb^3＋的合成和上转换发光特性

采用水热法制备了Er^3＋离子浓度为3%,Yb^3＋离子浓度分别为10%,20%的GdF3∶Er^3＋,Yb^3＋。XRD结果表明：合成的样品均为正交结构的GdF3,Gd0.87Yb0.10Er0.03F3和Gd0.77Yb0.20Er0.03F3样品的晶粒尺寸分别为28和26nm。研究了980nm红外光激发的上转换发射光谱。结果表明：红光和绿光发射分别来自于Er^3＋离子的2H11/2,4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁。样品的绿光发射强度较红光发射强。但绿光和红光发射的相对强度比例与Yb^3＋离子浓度有关。对Gd0.87Yb0.10Er0.03F3和Gd0.77Yb0.20Er0.03F3样品中可能的上转换发光机制进行了讨论。     

Yb~(3+)/Er~(3+)掺杂比例对BaTiO_3:Yb~(3+),Er~(3+)纳米晶上转换发光分支比的影响

采用改进的溶胶凝胶前驱单体法合成了一系列Er3+单掺和Er3+-Yb3+共掺的BaTiO3:Ln3+上转换发光纳米颗粒,产物经900℃煅烧后得到结晶性极佳的纯立方相BaTiO3纳米晶,尺寸均匀约为100nm。稀土离子浓度较低时不会影响产物的晶体结构和形貌,掺杂浓度达到5%时出现微弱的Ba2TiO4衍射峰,当掺杂浓度达到20%时Ba2TiO4已经占主要部分,此时产物中有大量微米量级的颗粒存在。上转换发光显示:Er3+单掺浓度为0.5%时能获得最强的绿光发射,此时红绿光强度比约为1∶15。当Er3+-Yb3+共掺时,Yb3+极大地抑制了绿光的发射,同时红光发射明显增强,当Yb3+/Er3+大于5∶1后,红绿光强度比稳定在3∶1。上转换机制分析表明,Yb3+浓度较高时会引起Er3+-Yb3+粒子之间的能量逆传递过程,导致红光发射增强,而绿光发射减弱。     

Yb~(3+)∶KY(WO_4)_2晶体生长与光谱性能

采用泡生法生长Yb∶KYW晶体,通过XRD分析确认所生长的晶体为-βYb∶KYW。TG-DTA测量结果表明,晶体的熔点为1045℃,相变温度为1010℃。测得晶体红外光谱和拉曼光谱,对其峰值所属振动的归属进行了指认,并测量了晶体的吸收光谱和荧光光谱。结果表明,Yb∶KYW晶体在940,980 nm附近有很强的吸收峰,主峰980 nm处的吸收截面积为1.34×10-19cm2;该晶体在990,1010,1030 nm附近都有较强的荧光发射峰,其中最强发射峰1030 nm的发射线宽高达16 nm,有望作为可调谐激光器的增益介质。计算得其1030 nm受激发射截面积为3.1×10-20cm2。     

沉淀法合成纳米晶上转换发光材料Y_2O_2S:Yb,Er

采用沉淀法在不同温度下合成了纳米上转换发光材料Y2O2S∶Yb,Er,运用XRD、TEM和上转换发光光谱对其进行表征。结果表明,使用该法在700℃即能合成纳米上转换发光材料Y2O2S∶Yb,Er,随着合成温度的升高,产物的粒径从60到120nm逐渐增大。上转换发光光谱显示该材料主要有2个发射带,其中红光发射的中心波长位于668nm,绿光发射的中心波长位于525和550nm。此外,对材料的上转换发光过程进行了探讨。     

过渡金属掺杂NaGdF_4:Yb~(3+),Ho~(3+)纳米晶的制备和上转换发光性能

采用水热法合成掺杂过渡金属离子Mn2+和Cr3+的Na Gd F4:Yb3+,Ho3+纳米晶,研究了纳米晶的结构和上转换发光性能。XRD研究结果表明:所有的样品均为六方结构Na Gd F4。合成的纳米晶在980 nm红外光激发下,呈现绿光(520~562 nm),红光(620~675 nm)和红外光(730~760 nm)发射。与未掺杂过渡金属离子的样品相比,掺杂Mn2+离子的Na Gd F4:Yb3+,Ho3+纳米晶上转换发光总效率提高,红光/绿光相对强度增加,红外光/绿光相对强度减弱,掺杂Cr3+离子的Na Gd F4:Yb3+,Ho3+纳米晶发光总效率稍有减弱,红光/绿光和红外光/绿光相对强度增加。主要源于Ho3+→Mn2+→Ho3+和Ho3+→Cr3+→Ho3+的两步能量传递。计算色坐标可得,掺杂Cr3+/Mn2+离子后的Na Gd F4:Yb3+,Ho3+纳米晶的发光由绿光区移向黄光区,微调了纳米晶体的发光颜色。     

Yb~(3 )对Tm~(3 )间接敏化与基质晶格关系

Yb3 敏化Tm3 有两种方式 ,一种是直接敏化上转换 ,另一种是间接敏化上转换。前种直接采用 980nm激光激发 ,而后者可用 80 7nm激光激发 ,无疑后者有利于提高上转换发光的量子效率。由于基质晶格的晶体场强度不同 ,对称性有高有低 ,造成的稀土离子的能级分裂不同 ,通过分析双掺BaY2 F8,Cs3Yb2 Cl9等材料的光谱资料并结合生长的双掺Yb3 ,Tm3 ∶ZnWO4 单晶光谱的实际测试与分析 ,提出了Yb3 和Tm3 间的间接敏化共振能量传输的新观点 ,并具体分析了能形成这一上转换机制的条件。与间接敏化非共振能量传输不同 ,一是Yb3 的2 F5/2 →2 F7/2 的跃迁应与Tm3 3H4 →1 G4 能级间隔尽可能接近 ;二是Yb3 激发态能级2 F5/2 与Tm3 的3H4 能级尽可能接近。这要求基质材料的晶体场场强要弱 ,对称性要低。间接敏化共振能量传输极有可能引起光子雪崩上转换 ,这将为探索实用上转换激光晶体提供有益经验。     

Tm3+,Yb3+双掺KLa(WO4)2晶体的生长及光谱特性研究

以Yb3 作为Tm3 的敏化剂,采用泡生法生长了四方晶系的Tm,Yb∶KLW晶体(Tm3 ,Yb3 掺杂浓度分别为1%和8%(原子分数))。测试了晶体的红外光谱和拉曼光谱,并对出现的峰值进行了振动归属。分析了晶体的吸收光谱,计算了相应的光谱参数。从荧光光谱可以看出,在1028 nm附近,Yb3 发射主峰的发射线宽达16 nm,对应的是Yb3 的2F5/2和2F7/2的最低能态之间的跃迁;Tm3 在1768 nm处的荧光发射峰半高宽为40 nm左右。测试了晶体的上转换荧光谱,分别在485 nm,643 nm处得到了上转换蓝光和红光,并分析了相应的上转换机制。     

稀土双掺Y2O2S双波长响应上转换发光材料制备及性能研究

采用高温固相反应法制备出针对980,1550 nm均响应的Y2O2S:Er3+,Yb3+红外上转换发光材料。通过正交实验研究了稀土掺杂浓度、灼烧温度、灼烧时间、助熔剂用量等对产物发光性能影响的主次关系,并确定出最佳配比和制备工艺参数。采用X射线粉末衍射仪、荧光分光光度计等手段对样品的物相及发光性能进行了测试与表征。综合考虑样品的双波长响应效果,确定样品的最佳配方为A4B3C1D3E2(即Er3+浓度10%,Yb3+浓度7.5%,1100℃,5 h,助熔剂用量为质量比m(Y2O3)∶m(S)∶m(Na2CO3)=10∶3∶2)。样品为六方晶系Y2O2S结构,Er3+,Yb3+的引入未改变晶体结构。在980和1550 nm激发下,样品发出源于Er3+的2H11/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2跃迁的绿光(520～570nm)和4F9/2→4I15/2跃迁的红光(650～680 nm)。     

Er3+/Yb3+共掺纳米In2O3的制备及上转换发光

用低温溶剂热法以乙二醇为溶剂合成了Er3+和Yb3+共掺的In2O3纳米晶。用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、漫反射光谱和上转换发光光谱对样品进行了分析。XRD和TEM结果表明,产物为纯的立方相In2O3结构,粒径约为30 nm;漫反射光谱显示了In2O3∶Er3+,Yb3+纳米晶在522、653和975 nm附近有3个吸收带;在980 nm近红外光激发下,样品发射出中心波长为525及555 nm的绿光和662 nm的红光,分别对应于Er3+的2H11/2→4I15/2、4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁;研究了Er3+和Yb3+离子的不同掺杂浓度对发光强度的影响,确定了Yb3+和Er3+离子的最佳掺杂浓度均为3%;双对数曲线显示绿光和红光的发射过程均为双光子吸收过程,对样品的上转换发光机制进行了初步讨论。     

Er3+和Yb3+共掺杂La2Ti2O7纳米晶的上转换发光

采用溶胶-凝胶法制备了 Er3+单掺杂A2 Ti2O7(A=La,Y,Gd)和Er3+,Yb3+共掺杂的La2 Ti2O7纳米晶样品.用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和紫外-可见-近红外光谱仪分别对样品的结构、形貌和光吸收性质进行了表征;测试了样品在980 nm激光激发下的室温上转换光谱.结果发现,样品都发出了很强的绿光(大约在525和549 nm)和红光(大约660 nm).通过研究这些基质的晶体结构对上转换发光的影响,发现La2 Ti2O7基质中Er3+离子的上转换发射最强.对La2 Ti2O7纳米晶的上转换发光研究表明,Yb3离子能够有效地敏化Er3离子的上转换发射.对上转换发光强度与泵浦功率的依赖分析,发现红光和绿光的发射均属于双光子吸收过程,最后讨论了Er3+和Yb3的上转换发光机制.     

沉淀法合成纳米晶上转换发光材料Y2O2S∶Yb，Er

采用沉淀法在不同温度下合成了纳米上转换发光材料Y₂O₂S∶Yb,Er,运用XRD、TEM和上转换发光光谱对其进行表征。结果表明,使用该法在700℃即能合成纳米上转换发光材料Y₂O₂S∶Yb,Er,随着合成温度的升高,产物的粒径从60到120 nm逐渐增大。上转换发光光谱显示该材料主要有2个发射带,其中红光发射的中心波长位于668 nm,绿光发射的中心波长位于525和550 nm。此外,对材料的上转换发光过程进行了探讨。