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脉冲激光诱导Tm~（3+），Yb~（3+）：Y_2O_3微结构及其上转换发光性质的研究

作　者: 李瑞鑫
导　师: 张治国
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 光学
关键词: 脉冲激光烧蚀微结构上转换能量传递
分类号: O482.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 34次
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内容摘要

稀土掺杂纳米材料的上转换发光性质由于在上转换激光器、三维立体显示、生物荧光标记等领域的广泛应用前景,而得到了人们的关注。一方面Tm元素作为稀土上转换材料中重要的一部分,在Yb离子的敏化作用下,可以被980 nm的二极管激光器激发,从而在488 nm附近的蓝光谱带具有非常优秀的蓝色上转换发光特性;另一方面脉冲激光烧蚀技术(PLA)作为一种新兴的材料加工技术,也因为其可以制备超小尺寸材料的特点而得到了大量的关注。基于此,本文采用脉冲激光烧蚀法制备出掺杂稀土离子的纳米氧化物材料,研究了在980 nm二极管激光器的激发下,脉冲激光烧蚀这种制备方法对Yb3+敏化下Tm3+离子上转换发光性质的影响。本文采用纳秒脉冲激光烧蚀和飞秒脉冲激光烧蚀成功制备了具有上转换发光性质的Y2O3:Tm3+,Yb3+,扫描电子显微镜(SEM)的测试结果显示:纳秒脉冲激光的样品具有纳米结构组合排布成的疏松多孔状的熔融层结构,而飞秒脉冲激光的样品则只有纳米结构紧密排布而成的柱状结构。通过对脉冲激光烧蚀法、高温固相法和溶胶凝胶法三种合成方法合成的相同浓度的Y2O3:Tm3+,Yb3+稀土掺杂氧化物的荧光光谱的对比发现:脉冲激光烧蚀法制备的样品在短波长辐射能力较好的情况下有效的抑制了长波辐射,从而使得荧光的能量更集中于短波辐射,提高了上转换效率。分析认为,脉冲激光烧蚀法制备样品能有效抑制样品中的阴离子集团,有效地抑制了无辐射驰豫,从而延长能级寿命,形成能量向短波辐射集中的现象。测量了制备样品的功率曲线,证实了脉冲激光烧蚀没有改变制备样品的上转换机制,并分析了样品的上转换过程同时包含有三光子和两光子过程(合作敏化)。此外脉冲激光烧蚀法制备稀土上转换材料,能较大幅度的提高上转换掺杂离子的淬灭浓度。研究过程中发现蓝色荧光谱带峰值比(476 nm相比488 nm)随激发光功率的增加而增加。分析认为激发光功率的增加会引起样品上光斑聚焦处的温度变化,进而影响了1G4能级匹裂出来的低能级的粒子向高能级的布局,从而导致了476 nm相对488 nm处的荧光峰出现增强的现象。这一现象可应用于通过峰值比的变化来对激发光进行能量的标定。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-15
  1.1 课题的研究背景  8-9
  1.2 稀土掺杂上转换发光材料  9-11
  1.3 稀土上转换材料的应用  11-13
  1.4 国内外研究现状  13
  1.5 本论文研究的内容和意义  13-15
第2章激光加工及样品的制备  15-21
  2.1 激光加工  15-18
    2.1.1 激光的特性  15
    2.1.2 激光加工技术的特点  15-17
    2.1.3 激光诱导纳米材料的原理  17-18
  2.2 样品制备  18-20
    2.2.1 激光烧蚀（PLA）法制备纳米材料  18-19
    2.2.2 样品的制备过程  19-20
  2.3 本章小结  20-21
第3章纳秒激光制备Y_2O_3:Tm~(3+),Yb~(3+)的上转换发光  21-38
  3.1 概述  21
  3.2 实验装置  21-22
  3.3 纳秒激光非聚焦烧蚀样品的上转换发光  22-28
    3.3.1 样品形貌  22-24
    3.3.2 纳秒激光非聚焦样品的上转换光谱  24-25
    3.3.3 纳秒非聚焦作用样品上转换光谱随Tm浓度的变化  25-27
    3.3.4 纳秒非聚焦作用样品上转换光谱随激光烧蚀区域的变化  27-28
  3.4 纳秒激光聚焦烧蚀样品的上转换发光  28-30
    3.4.1 样品形貌表征  28-29
    3.4.2 聚焦烧蚀样品的上转换荧光光谱分析  29-30
  3.5 纳秒激光作用样品与其他方法的对比  30
  3.6 蓝光与近红外峰值比的比较  30-32
  3.7 上转换荧光机制的分析  32-35
  3.8 蓝光峰值比随激发光功率的变化  35-36
  3.9 本章小结  36-38
第4章飞秒激光制备Y_2O_3:Tm~(3+),Yb~(3+)的上转换发光  38-43
  4.1 概述  38
  4.2 样品形貌表征  38-39
  4.3 飞秒脉冲激光制备Y_2O_3:Tm~(3+),Yb~(3+)材料的上转换光谱  39-42
    4.3.1 Tm~(3+)浓度变化对Y_2O_3:Tm~(3+),Yb~(3+)上转换光谱的影响  39-41
    4.3.2 能级寿命随Tm掺杂浓度的变化  41-42
  4.4 本章小结  42-43
结论  43-45
参考文献  45-48
攻读学位期间发表的学术论文  48-50
致谢  50

脉冲激光诱导Tm~（3+），Yb~（3+）：Y_2O_3微结构及其上转换发光性质的研究

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