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稀土（Nd~（3+），Ho~（3+），Eu~（3+），Er~（3+），Yb~（3+））掺杂硼硅酸盐玻璃发光特性研究

作　者: 张丽
导　师: 李成仁
学　校: 辽宁师范大学
专　业: 原子与分子物理
关键词: 稀土硼硅酸盐玻璃 Judd-Ofelt理论激发光谱发射光谱上转换
分类号: O482.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

三价稀土离子的能级结构非常丰富,稀土掺杂光学材料在激光器、光学温度传感器、光存储和光信息处理等领域具有巨大的应用潜力。本文中,用高温固相烧结法制备了单掺钕、钕铒共掺、钕镱铒共掺,单掺钬,钬铒共掺、钬镱共掺、钬镱铒共掺,单掺铕、铕铒共掺、铕镱铒共掺等系列硼硅酸盐玻璃样品,优化了掺杂浓度和工艺参数。其次,用Judd-Ofelt理论讨论了钕、镱、铒共掺硼硅酸盐玻璃的光谱信息。在计算了J-O参数?k（k=2,4,6）的基础上,分析了该系列玻璃样品钕离子跃迁能级的自发辐射寿命τrad、自发辐射几率A、荧光分支比β和振子强度。结果表明,钕、镱、铒共掺硼硅酸盐玻璃的J-O参数?2随Nd³⁺离子浓度的增加而减小,在802nm（Nd:4F5/2→4I9/2）,1057nm（Nd:4F3/2→4I11/2）处,跃迁的自发辐射几率Amd小,辐射寿命τ大。同时,用McCumber理论计算了钕离子在673nm,751nm和813nm波段处的发射截面。813nm发射截面（0.878×10-20cm2）明显大于吸收截面（0.394×10-20cm2）,与673nm,751nm两个波长的发射截面比较,813nm处最大。再次,测量了单掺钬,钬铒共掺、钬镱共掺,钬镱铒共掺硼硅酸盐玻璃的激发光谱和发射光谱,实验数据分析显示,钬离子浓度增大,光谱强度减弱。这是因为随钬离子浓度增加,钬离子间距减小,引起浓度淬灭;当加入铒离子后,钬离子的发射光谱减弱,原因是部分钬离子将能量传递给铒离子,降低了钬离子的上转换发光强度;但是随着Yb³⁺离子的掺入,Ho³⁺离子的光谱强度增强,原因是镱离子能级简单,对978nm吸收截面大等。详细地分析了520nm⁵50nm处宽带谱的发光机制。最后,室温下978nm半导体激光器抽运Eu³⁺:Yb³⁺:Er³⁺共掺等样品,观测到橙红色590nm(Eu³⁺:5D0→7F1),红色610nm(Eu³⁺: 5D0→7F2),695nm(Eu³⁺:5D0→7F4),以及绿色552nm(Er³⁺: 4S3/2→4I15/2, Ho³⁺:5S2→5I8)等波段的上转换光致发光光谱,深入讨论了镱离子的敏化作用及镱铒铕和镱铒钬离子间的上转换机制,包括能量传递、交叉弛豫和激发态吸收等。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 引言  8-18
  1.1 选题的意义和科学依据  8-10
  1.2 上转换发光研究的国内外进展  10-15
    1.2.1 上转换发光研究的国外进展  10-12
    1.2.2 上转换发光研究的国内进展  12-15
  1.3 稀土掺杂材料基质的选择  15-16
  1.4 本论文的主要工作  16-18
2 钕镱铒共掺硼硅酸盐玻璃 Judd-Ofelt 理论分析  18-32
  2.1 Judd-Ofelt 理论简介  18-24
  2.2 钕镱铒共掺硼硅酸盐玻璃制备工艺  24-25
  2.3 结果与讨论  25-32
    2.3.1 吸收光谱测量  25
    2.3.2 样品折射率的测量  25-26
    2.3.3 J-O 强度参数和振子强度  26-27
    2.3.4 自发跃迁几率、辐射寿命和荧光分支比  27-29
    2.3.5 吸收截面和发射截面  29-32
3 掺钬系列硼硅酸盐玻璃荧光光谱分析  32-44
  3.1 样品制备  32-33
  3.2 荧光光谱的测量  33-34
    3.2.1 激发光谱  33-34
    3.2.2 发射光谱  34
  3.3 结果与讨论  34-44
    3.3.1 掺钬系列硼硅酸盐玻璃的激发光谱  34-38
    3.3.2 掺钬系列硼硅酸盐玻璃的发射光谱  38-44
4 掺铕、掺钬系列硼硅酸盐玻璃上转换发光研究  44-56
  4.1 上转换的几种形式简介  44-46
  4.2 -硼硅酸盐样品上转换光谱测量  46-52
    4.2.1 样品制备  46-48
    4.2.2 测量光路  48
    4.2.3 上转换光谱分析  48-52
  4.3 上转换机制  52-56
    4.3.1 掺铕系列碰硅酸盐玻璃的上转换发光机制  52-54
    4.3.2 掺钬系列碰硅酸盐玻璃的上转换发光机制  54-56
5 总结  56-61
  5.1 论文主要工作的总结  56-57
  5.2 稀土发光未来研究的展望  57-61
    5.2.1 氟氧化物玻璃陶瓷基质  57-58
    5.2.2 白光 LED  58-59
    5.2.3 电致发光  59-61
参考文献  61-70
攻读硕士期间发表的论文  70-71
致谢  71

稀土（Nd~（3+），Ho~（3+），Eu~（3+），Er~（3+），Yb~（3+））掺杂硼硅酸盐玻璃发光特性研究

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