共掺稀土离子对Er~(3+)激活中红外激光晶体光谱性能的影响

Er3+掺杂的晶体能够产生2.7~3.0μm波段中红外激光,在激光医疗、光通讯、环境探测和光电对抗等领域具有重要的应用。基于本课题组近年来开展的Er3+激活中红外激光晶体的相关工作,本文综述了共掺稀土离子对Er3+激活晶体光谱性能的影响:包括敏化离子Cr3+、Yb3+等的敏化作用增强了Er3+的特征吸收峰;退激活离子Pr3+、Ho3+等的退激活效应抑制了自终态瓶颈效应;以及共掺Nd3+所起的敏化和退激活双重作用,并对中红外激光的研究趋势和前景进行了展望。     

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.     

Mg：Fe：LiNbO3晶体光谱性能的研究

铌酸锂(LiNbO_3)晶体具有良好的电光与非线性光学性能,广泛应用于各种光学器件中。在较高功率密度激光的辐射下,LiNbO_3晶体易于产生光致折射率变化(光折变),光折变使激光束波前发生畸变,严重影响了基于LiNbO_3晶体的各种光学元件的性能。造成LiNbO_3晶体光折变的原因是由于存在Fe离子,高浓度掺杂镁(>4.6 mol％MgO)可大大增强LiNbO_3     

Yb3+敏化宽波带掺Er3+氟磷酸盐玻璃的发光性质及Judd-Ofelt理论研究

采用高温熔融法制备了一种新的Er3+/Yb3+共掺氟磷酸盐玻璃,测试和分析了其密度、吸收光谱以及荧光光谱,讨论了Er3+离子和Yb3+离子对光谱性质的影响.根据Judd-Ofelt理论计算了玻璃中Er3+离子的强度参数Ωt(t=2,4,6),分别为Ω2=4.36×10-20cm2,Ω4=1.35×10-20cm2,Ω6=0.79×10-20cm2,以及Er3+离子4I13/2能级荧光寿命τm=8.26ms.主发射峰1.53μm处半高宽(FWHM)为68nm.根据McCumber理论计算了Er3+的受激发射截面σe=8.5×10-21cm2.比较了不同玻璃基质中Er3+离子的光谱特性,结果表明:Er3+/Yb3+双掺氟磷酸盐玻璃在1.53μm附近具有较宽的半高宽和较大的受激发射截面,是一种高增益掺铒光纤放大器的理想介质材料.     

掺钕铌酸锂晶体光折变效应的研究

钕掺杂的铌酸锂Nd:LiNbO_3(以下简写为Nd:LN)晶体是光折变晶体,以Nd:LN为基,分别掺入MgO和CeO_2,生长出Nd,Mg:LN和Nd,Ce:LN晶体。其中Nd,Mg:LN晶体的光折变阈值比Nd:LN提高了二个数量级,抗光损伤能力增强,可作为自倍频激光介质。Nd,Ce:LN晶体的光折变灵敏度比Nd:LN晶体提高了一个数量级,非线性光学性能好。通过光折变阈值和光电导的测量和研究,对钛掺杂的铌酸锂晶体光折变产生的机理,以及Mg和Ce离子在其中的影响作用进行了讨论。     

Tm:Lu_3Al_5O_(12)晶体的生长与光谱性能研究

采用提拉法生长高质量的纯LuAG晶体和4%(原子分数)Tm:LuAG晶体.对晶体的晶胞参数和光谱性能进行了详细的表征.研究发现:Tm~(3+)的掺入没有改变LuAG基质的晶体结构;吸收光谱中255 nm处的吸收带是由Fe~(3+),Fe~(2+)引起的;晶体在782 nm处的吸收峰,与商用AlGaAs二极管的发射波长匹配良好,吸收截面为5.07×10~(-21) cm~2.Tm:LuAG晶体在2 μm波段的荧光峰对应~3F_4-~3H_6能级之间的跃迁,荧光寿命长达11.9 ms,有利于激光的高能量调Q输出.结果表明,Tm:LuAG晶体是2 μm激光器中很有发展潜力的增益介质,将会替代Tm:YAG晶体应用于激光雷达系统.     

LiNbO3晶体中Yb3+的配位场能级分析

０引言自从上世纪６０年代LiNbO３晶体合成以来，人们对这种材料的兴趣越来越大。它的优良的非线性特征使LiNbO３晶体成为用于光电装置的最好的物质之一，也是信息贮存和全息照相的很好材料。稀土离子可以很容易地掺杂到该晶体中，用频率自动加倍、自猝灭开关和自动密封等方式来发展微激光。在这种意义上，Yb３＋成为主要的激光材料掺杂离子，它的光谱特征在大量体系中已有研究，已经获得了不同基质中的激光犤１～５犦。由于Yb３＋的谱带积分面积较大，所以，Yb３＋已被用作其它稀土离子的敏化剂，用以提高它们的激发效率，如：Yb－Er…     

Yb:Er:Tm:LiTaO3的上转换发白光性能研究

980 nm脉冲激光激发下,首次通过高温固相法制备Yb(10%):Er(1%):Tm(1%):LiTaO3(摩尔分数)多晶粉并实现室温上转换白光.X射线粉末衍射测试结果表明,Yb:Er:Tm:LiTaO3中的掺杂离子并没有改变晶格结构,以取代的方式存在于钽酸锂晶格中.结合功率曲线测试结果和上转换机制研究发现,产生上转换蓝光的Tm3+离子1G4态的布居主要来自双光子同时吸收过程.而单光子上转换输出的红光,则由Tm3+和Er3+离子之间的交叉弛豫过程产生,即3F2/3(Tm3+)+4I15/2(Er3+)→3H6(Tm3+)+4I9/2(Er3+).上转换绿光来源于Yb/Er离子对的二次能量传递.     

Tm，Ho∶BaY2F8晶体光谱性能与能量传递

采用提拉法,生长钬铥双掺氟化钇钡[分子式:Tm3+,Ho3+∶BaY2F8,简称Tm,Ho∶BYF]激光晶体。工艺参数:拉速0.5 mm.h-1,转速5 r.min-1,冷却速率10℃.h-1。XRD表明:属于单斜晶系,空间群C12/m1。计算出晶格参数:a=0.69973 nm,b=1.05293 nm,c=0.427 84 nm,β=99.71°。测试了晶体的吸收及荧光光谱,同时计算了784 nm处吸收峰的半高宽、吸收系数及吸收截面,分别为3.2 nm,2.23 cm-1,7.44×10-21 cm2。该吸收峰对应于Tm3+离子从基态3H6到激发态3H4的跃迁。Tm,Ho∶BYF晶体在2.06μm附近有很强的荧光发射峰,在该荧光峰的发射截面和荧光寿命分别为4.96×10-21 cm2,10.1 ms。Tm3+→Ho3+的正向、反向能量转换系数之比是10.4。     

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.     

溶剂诱导的两例单核Er3+配合物的合成、晶体结构及磁性

通过调整溶剂组分的比例,成功合成了2例结构不同的单核Er3+配合物:[Er(bpad)3]·CH3OH·H2O(1)和[Er(bpad)2(H2O)2]NO3·3H2O(2)(Hbpad=N^3-苯甲酰吡啶基-2-羰基氨基酰腙)。在甲醇/水(2:1,V/V)的混合溶剂中加入Er(NO3)3·6H2O、Hbpad和三乙胺反应制得黄色晶体配合物1。配合物2的合成方法与1相似,仅将溶剂组分甲醇和水的体积比调整为1:2。通过红外光谱、元素分析对2例配合物进行了表征。2例配合物在空气中都有良好的稳定性,并在室温下均保持晶体的完整性。晶体结构分析表明,配合物1和2中的Er^3+金属中心分别显示了九配位和八配位环境。配合物1中Er^3+离子表现为单帽四方反棱柱构型,而配合物2中Er^3+离子呈现了双帽三棱柱构型。此外,2例配合物的直流和交流磁化率测试结果表明,1和2在零场下均未展示出单分子磁体特征。     

Tm,Ho:BaY2F8晶体光谱性能与能量传递

采用提拉法,生长钬铥双掺氟化钇钡[分子式:Tm3+Ho3+:BaY2F8,简称Tm,Ho:BYF]激光晶体.工艺参数:拉速0.5 mm·h-1,转速5 r·min-1,冷却速率lO℃·h-1.XRD表明:属于单斜晶系,空间群C12/ml.计算出晶格参数:a=0.69973 nm,6=1.05293 nm,c=0.42784 nm,β=99.710°.测试了晶体的吸收及荧光光谱,同时计算了784 nm处吸收峰的半高宽、吸收系数及吸收截面,分别为3.2 nm,2.23 cm-1,7.44x10-21 cm2.该吸收峰对应于Tm3+离子从基态3H6到激发态3h6的跃迁.Tm,Ho:BYF晶体存2.06μm附近有很强的荧光发射峰,在该荧光峰的发射截面和荧光寿命分别为4.96x10-21cm2,10.1 ms.Tm3+→Ho3+的正向、反向能量转换系数之比是10.4.     

Er~(3 ),Ho~(3 )和Tm~(3 )在硫氧化钆中的余辉发光

非放射性长余辉磷光粉作为美化和清洁光源在发光陶瓷、交通安全标志、紧急突发事件的照明设施、工艺美术涂料等众多领域得到越来越广泛的应用,引起人们的重视.到目前为止,文献报道的稀土长余辉磷光体的激活离子主要有铕离子(Eu3+和Eu2+[1-4]、三价铈离子(Ce3+)[5]、三价铽离子(Tb3+)[6]、三价镨离子(Pr3+)[7]、三价钐离子(Sm3+)[8].Ho3+,Er3+,Tm3+等稀土离子作为红外上转换发光材料的激活离子[9～12],而关于它们的长余辉发光的报道极少.最近,雷炳富等在Tm3+离子[13]激活的硫氧化钇体系中发现了长余辉发光.在此,我们通过高温固相法合成了Er3+,Ho3+和Tm3+掺杂的硫氧化钆长余辉磷光粉,观察到该体系中迄今未见文献报道的Er3+,Ho3+和Tm3+离子的长余辉发光.     

两种基质中Er~(3 )的上转换发光特性

合成了一种新型共掺杂Er3 和Yb3 的氟氧化物 (ZnF2 SiO2 基质 )材料 ,研究了Er3 在这种基质材料中的吸收和在 980nm激发下的上转换发光 ,并对比了同等激发条件下Er3 离子在ZBLAN玻璃和这种氟氧化物中的上转换发光特性。实验发现两种基质中Er3 离子吸收峰位置基本相同 ,但吸收强度明显不同。氟氧化物中Er3 离子的上转换发光强度要低于ZBLAN基质中Er3 离子的上转换发光强度 ,不同的是Er3 离子在氟氧化物基质中红光发射强度要强于绿光强度。分析了两种基质中Er3 的上转换发光机制 ,氟氧化物基质中Er3 离子红绿光发射均为双光子过程 ,ZBLAN基质中Er3 离子绿光发射为双光子过程 ,而红光发射为双光子和三光子混合过程。     

掺Er~(3+)重金属氧氟硅酸盐玻璃的光谱性质与Judd-Ofelt理论分析

制备了掺Er3+重金属氧氟硅酸盐玻璃,研究了玻璃的吸收光谱和荧光光谱性质,应用Judd Ofelt理论计算了强度参数Ωt(t=2,4,6)、Er3+离子的振子强度、自发辐射跃迁几率、荧光分支比和辐射寿命等光谱参数。应用McCumber理论,计算了能级4I13 2→4I15 2跃迁的受激发射截面。结果表明:掺Er3+重金属氧氟硅酸盐玻璃具有较宽的荧光半高宽和较大的受激发射截面。对Er3+离子在不同玻璃基质中带宽特性的比较发现,掺Er3+重金属氧氟硅酸盐玻璃的带宽特性与碲酸盐和铋酸盐玻璃相当,大于磷酸盐、锗酸盐和硅酸盐玻璃。     

Er3+:KLa(WO4)2晶体的生长与光谱性质

采用提拉法生长出尺寸为φ25mm×40mm的透明Er^3＋：KLa（WO4）2（简称Er：KLW）晶体，并确定了较佳的生长工艺。X射线粉末衍射分析结果表明该晶体为四方晶系白钨矿结构（I41／a空间群），晶格常数为a=b=0．5444（3）nm，c=1．2120（6）nm。测量了Er：KLW晶体的拉曼谱，发现了380，450和808cm^-1等钨酸根的特征振动峰。测量了晶体的吸收光谱，应用J-O理论计算了晶体中Er^3＋离子的强度参量（Ω2，Ω4，Ω6）；荧光光谱测量结果表明该晶体在1529nm附近有很强的荧光发射峰，利于产生受激辐射。     

溶剂诱导的两例单核Er~(3+)配合物的合成、晶体结构及磁性（英文）

通过调整溶剂组分的比例,成功合成了2例结构不同的单核Er~(3+)配合物:[Er(bpad)_3]·CH_3OH·H_2O (1)和[Er(bpad)_2(H_2O)_2]NO_3·3H_2O (2)(Hbpad=N_3-苯甲酰吡啶基-2-羰基氨基酰腙)。在甲醇/水(2:1,V/V)的混合溶剂中加入Er(NO_3)_3·6H_2O、Hbpad和三乙胺反应制得黄色晶体配合物1。配合物2的合成方法与1相似,仅将溶剂组分甲醇和水的体积比调整为1:2。通过红外光谱、元素分析对2例配合物进行了表征。2例配合物在空气中都有良好的稳定性,并在室温下均保持晶体的完整性。晶体结构分析表明,配合物1和2中的Er~(3+)金属中心分别显示了九配位和八配位环境。配合物1中Er~(3+)离子表现为单帽四方反棱柱构型,而配合物2中Er~(3+)离子呈现了双帽三棱柱构型。此外,2例配合物的直流和交流磁化率测试结果表明,1和2在零场下均未展示出单分子磁体特征。     

BaLiF_3∶Ce~(3+)纳米粒子的制备及其光谱特性

BaLiF3属立方钙钛矿型复合氟化物,作为高效闪烁晶体可用于热中子检测[1].由于其能带隙宽,易于实现各种不同价态稀土离子掺杂,可以获得许多可调谐性质,因此它也是比较理想的光学功能材料的基质[2].Ce3+激活的BaLiF3晶体作为紫外发射的短波固体激光材料和光放大材料的研究多有报道[3~5].Ce3+的发射特性强烈依赖于基质晶体结构[6,7].氟化物基质中氧杂质的含量是影响光谱性质的重要因素[8].为了寻找氧含量低、发射波长更短、可调谐范围更宽的激光材料,本工作制备了BaLiF3∶Ce3+纳米晶,获得了一些新的有意义的实验结果.如果将其引入合适的聚…     

铒对AZ91镁合金铸态组织与力学性能的影响

采用X射线衍射、金相观察、扫描电镜及拉伸性能测试,研究了Er的添加对AZ91镁合金的显微组织与力学性能影响。结果显示,基体合金中添加0.98%~1.92%Er后,显微组织主要由-αMg基体相、Mg17Al12相及Al3Er组成。添加Er能有效细化铸态合金的晶粒,使其平均晶粒尺寸从57μm降低到21μm;同时铒的添加改善了基体合金中Mg17Al12相的形态与分布,使AZ91镁合金的室温抗拉强度从162 MPa提高到211 MPa。     

纳米TiO2基质掺杂稀土离子Er3+和Yb3+的上转换发光特性

采用溶胶-凝胶法制备了掺杂稀土离子Er3 及Er3 /Yb3 的TiO2纳米晶体,考察了样品在980 nm激发光源作用下,不同的稀土离子掺杂量、不同的焙烧温度、不同的激发温度等对其上转换发光特性的影响,并对Er3 /Yb3 共掺杂的上转换发光机制进行了探讨.