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Zn：Er：LiNbO_3晶体的生长及其上转换发光性能的研究

作　者: 王佳
导　师: 王锐
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 铌酸锂晶体铒掺杂缺陷结构上转换抗光损伤
分类号: O734
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本研究采用提拉法生长了无宏观缺陷、光学均匀性较好的具有不同掺Zn(3、6和7mol%)及掺Er(1.5和3mol%)量组合的Zn:Er:LiNbO3单晶。研究了最佳生长工艺参数。测试了Zn:Er:LiNbO3晶体的紫外-可见吸收光谱,红外透射光谱,上转换稳态发射谱,上转换时间分辨谱,上转换功率曲线及抗光致散射能力。通过紫外-可见吸收光谱和红外吸收光谱的测试研究了Zn:Er:LiNbO3晶体的缺陷结构及Zn2+和Er 3+的占位情况,确定了Zn 2+在Zn:Er:LiNbO3晶体中的阈值浓度。研究结果表明,Zn2+在Zn:Er:LiNbO3晶体中的阈值浓度为6mol%。当掺杂浓度小于阈值浓度时,Zn2+是以取代反位铌缺陷的形式进入晶体的,当掺杂浓度大于阈值浓度时,Zn2+开始进入正常晶格的Li位和Nb位,形成Zn Li + -Zn Nb 3-缺陷基团。而Er 3+则是以取代正常格位的Li +和Nb5+的方式进入晶体,形成铒离子团位束Er Li 2+ -Er Nb2-。研究了Zn 2+和Er 3+的掺杂量对于Zn:Er:LiNbO3晶体绿光波段上转换性能的影响。研究表明,Zn2+和Er 3+掺杂浓度的提高,都使得Zn:Er:LiNbO3的上转换发光强度得到增强。通过对绿光上转换功率曲线的分析,首次发现当Zn2+的掺杂浓度达到阈值浓度时,绿光上转换机制由双光子过程转换为光子雪崩过程。研究了Zn:Er:LiNbO3晶体的抗光损伤性能,分析了Zn2+掺杂浓度对晶体抗光损伤性能的影响,结果表明Zn2+掺杂浓度的提高使晶体抗光损伤性能增强,当Zn的掺杂浓度达到阈值浓度时,晶体的抗光损伤能力提高四倍以上,这对于晶体的上转换发光是有利的。研究表明,Zn(7mol%):Er(3mol%):LiNbO3是本系列晶体中上转换发光性能最为优良的。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-21
  1.1 课题背景及研究意义  8
  1.2 稀土发光材料简介  8-9
  1.3 上转换发光简介  9-14
    1.3.1 Stokes发光  9-10
    1.3.2 上转换发光  10-13
    1.3.3 提高上转换发光效率的几种途径  13-14
  1.4 基质材料铌酸锂单晶简介  14-19
    1.4.1 LiNbO_3的结构和主要性质  15-16
    1.4.2 同成分铌酸锂的本征缺陷结构模型  16-17
    1.4.3 铌酸锂晶体中的非本征缺陷  17-19
  1.5 国内外研究现状  19-20
  1.6 课题研究主要内容  20-21
第2章实验材料及实验方法  21-31
  2.1 掺杂元素的选择  21
  2.2 晶体的生长  21-26
    2.2.1 原料的配比  21-22
    2.2.2 原料预烧结  22-23
    2.2.3 晶体生长设备装置  23
    2.2.4 工艺参数的选择  23-25
    2.2.5 晶体生长过程  25-26
  2.3 晶体的加工  26-28
    2.3.1 晶体的极化  26-27
    2.3.2 晶片加工  27-28
  2.4 性能测试  28-31
    2.4.1 紫外-吸收光谱测试  28
    2.4.2 红外光谱测试  28-29
    2.4.3 绿光上转换性能测试  29-30
    2.4.4 抗光损伤能力测试  30-31
第3章 Zn:Er:LiNbO_3晶体的缺陷结构分析  31-38
  3.1 紫外光谱分析  31-34
    3.1.1 紫外吸收边移动基本原理  31-33
    3.1.2 紫外光谱测试结果及分析  33-34
  3.2 红外光谱分析  34-37
    3.2.1 OH~-吸收峰移动基本原理  34-35
    3.2.2 红外光谱测试结果及分析  35-37
  3.3 本章小结  37-38
第4章 Zn:Er:LiNbO_3晶体的光学性能  38-49
  4.1 Zn:Er:LiNbO_3晶体的上转换发射性能  38-45
    4.1.1 绿光上转换发光基本原理  38-39
    4.1.2 绿光上转换稳态发射谱  39-41
    4.1.3 绿光上转换功率曲线  41-43
    4.1.4 绿光上转换时间分辨谱  43-45
  4.2 Zn:Er:LiNbO_3晶体的抗光损伤性能  45-48
    4.2.1 Zn:Er:LiNbO_3晶体的抗光损伤能力测试  45-47
    4.2.2 抗光损伤能力增强原因分析  47-48
  4.3 本章小结  48-49
结论  49-50
参考文献  50-54
攻读学位期间发表的学术论文  54-56
致谢  56

Zn：Er：LiNbO_3晶体的生长及其上转换发光性能的研究

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