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Yb:Ho:LiNbO_3单晶的生长及上转换发光性能研究

作　者: 郭倩
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: Yb:Ho:LiNbO3单晶 掺杂离子 上转换发光 上转换机制
分类号: O782
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 58次
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内容摘要


采用提拉法生长出了一系列不同Yb3+ （0.5,1.5,2.0,2.5,3.0 mol%）摩尔掺杂浓度的Yb: Ho: LiNbO3单晶,其中Ho3+掺杂浓度固定为0.1 mol%。生长的晶体无宏观缺陷,有较好的光学均匀性。在晶体生长过程中,探索了其最佳生长工艺参数,其中,轴向温梯35-40℃/cm,径向温梯要对称、均匀,提拉速度为0.5-2.5mm/h,旋转速度为22-26r/min,保证了生长界面的平坦,降低了晶体组分不均匀性。X射线衍射结果显示,Yb: Ho: LiNbO3晶体仍然保持基质LiNbO3晶体本身的晶格结构,峰值的差异表明掺杂晶体的晶格常数和晶胞体积发生了变化,而且从实验结果可以看出,掺杂离子的进入使得晶胞的体积和未掺杂相比有所减少;晶体的紫外吸收光谱表明,稀土离子掺杂之后晶体的吸收强度明显增大,又进一步解释了掺杂离子在基质材料LiNbO3中的占位规律,Yb3+和Ho3+优先取代的是反位Nb的位置,紫外吸收边先发生红移然后紫移;此外,结合生长晶体的红外光谱的测试,观察Yb:Ho:LiNbO3晶体样品在3200–3800cm?1范围的红外吸收光谱可以看到,随着Yb3+掺杂浓度的增加,位于3481cm?1的OH?吸收峰的吸收强度降低,OH?吸收的降低有助于晶体的声子能量的降低,从而可见光的发光效率相应提高。泵浦光源为980 nm激光器激发下,在样品中分别观察到了Yb: Ho: LiNbO3晶体红绿上转换发光光谱,在此基础上得到了上转换功率曲线,用以分析Yb: Ho: LiNbO3晶体上转换发光机制。功率曲线的结果表明,绿光以及红光产生都主要是基于双光子过程,还有部分单光子过程参与。此外,由光谱可以看出,随着Yb3+浓度从0.5 mol%增加到2.0 mol%,会有更多Yb3+参与敏化作用,使得红绿上转换发光的强度都得到增强。而当Yb3+浓度继续增加,由于Yb3+的之间的合作敏化作用使得发光强度反而减弱。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章 绪论  9-21
  1.1 上转换发光的研究进展  9-15
    1.1.1 上转换发光  9
    1.1.2 上转换发光机理  9-13
    1.1.3 上转换发光基质材料的研究  13-14
    1.1.4 上转换发光技术的应用  14-15
  1.2 铌酸锂晶体的研究  15-18
    1.2.1 铌酸锂晶体的晶格结构  15-16
    1.2.2 铌酸锂晶体的缺陷  16-17
    1.2.3 铌酸锂晶体的主要性质  17-18
  1.3 国内外研究现状  18-19
  1.4 本课题研究的目的及意义  19-20
  1.5 课题研究主要内容  20-21
第2章 实验材料及研究方法  21-25
  2.1 实验药品与仪器  21-22
    2.1.1 主要化学试剂  21
    2.1.2 实验仪器  21-22
  2.2 晶体生长方法  22
  2.3 样品性能测试  22-24
    2.3.1 XRD 测试  22-23
    2.3.2 紫外-可见吸收光谱测试  23
    2.3.3 红外光谱测试  23
    2.3.4 上转换光谱及功率曲线测试  23-24
  2.4 掺杂铌酸锂单晶生长及研究过程  24-25
第3章 掺杂铌酸锂晶体的生长及加工  25-35
  3.1 晶体生长设备  25-26
  3.2 晶体生长的前期准备工作  26-27
    3.2.1 实验原料及配比  26
    3.2.2 原料预烧结过程  26-27
  3.3 晶体最佳生长条件的选择  27-30
    3.3.1 温场的确定  28
    3.3.2 晶体提拉速度的确定  28-29
    3.3.3 晶体旋转速度的确定  29-30
  3.4 晶体生长过程  30-32
    3.4.1 原料熔化  30
    3.4.2 引晶  30-31
    3.4.3 放肩  31
    3.4.4 收肩  31
    3.4.5 等径生长  31
    3.4.6 拉脱  31-32
    3.4.7 退火  32
  3.5 晶体的加工和后期处理过程  32-33
    3.5.1 晶体的极化  32-33
    3.5.2 晶体的加工  33
  3.6 本章小结  33-35
第4章 镱钬双掺铌酸锂晶体缺陷结构分析  35-45
  4.1 镱钬铌酸锂晶体XRD 测试分析  35-38
    4.1.1 X-射线衍射基本原理  35-36
    4.1.2 X-射线衍射测试结果及分析  36-38
  4.2 镱钬铌酸锂晶体紫外-可见吸收光谱  38-41
    4.2.1 紫外吸收边移动机理  38-39
    4.2.2 紫外-可见吸收光谱测试结果及分析  39-41
  4.3 镱钬铌酸锂晶体红外光谱分析  41-44
    4.3.1 OH-吸收峰移动机理研究  42-43
    4.3.2 红外光谱测试结果及分析  43-44
  4.4 本章小结  44-45
第5章 镱钬双掺铌酸锂晶体上转换发光性能  45-57
  5.1 镱钬铌酸锂单晶体系上转换荧光发射谱  45-48
    5.1.1 稀土离子Yb~(3+) 和HO~(3+)上转换发光能级特性  45-46
    5.1.2 上转换稳态发射谱  46-48
  5.2 镱钬铌酸锂单晶上转换发光功率曲线  48-51
  5.3 镱钬铌酸锂单晶上转换发光机制分析  51-55
    5.3.1 绿光上转换发光机制  51-53
    5.3.2 红光上转换发光机制  53-55
  5.4 本章小结  55-57
结论  57-58
参考文献  58-63
攻读硕士学位期间发表的论文  63-65
致谢  65

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中图分类: > 数理科学和化学 > 晶体学 > 晶体生长 > 晶体生长工艺
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