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本文采用光学浮区法制备Cr:Al2O3与Tm:Y3Al5O12单晶体并对其微观缺陷和光学性能进行分析。采用XRD、单晶X射线衍射、拉曼光谱、电子顺磁共振谱(EPR)、正电子寿命谱等表征样品的微结构。使用UV-Vis分光分度计和光致发光系统分别对晶体的光透射性能与光发射性能进行研究。主要的实验结果如下:(1)XRD与单晶X射线衍射分析Cr:Al2O3晶体的结果表明,晶体为单晶,没有第二相产生,晶体的质量良好。EPR光谱显示,Cr2O3浓度≤0.15mol%的样品中Cr3+的EPR谱相似,但在Cr2O3浓度>0.15mol%的样品中,含有额外的共振谱线;除了 Cr3+产生的共振信号以外,EPR谱表明在Cr:Al2O3晶体中存在与晶格中的O-或氧空位相关的自由基缺陷;所有样品的EPR信号都非常弱,且在0.15mol%Cr2O3的样品中EPR信号强度最弱,表明晶体中因自由基导致的缺陷最少。在Cr:Al2O3晶体中,随着Cr2O3掺杂浓度的增大,平均正电子寿命Tm先减小后增大,且在0.15mol%Cr2O3的样品中达到最小值,表明电子密度较大,晶体中的缺陷最少。UV-Vis光谱表明,在可见光范围内,存在两个明显的吸收峰,峰值所在的位置为410nm和555nm,分别对应4A2-→4F1和4A2→4F2的跃迁,Cr:Al2O3单晶体的透射率大于80%;在410 nm和555 nm处,晶体对光吸收的强度随着Cr2O3掺杂浓度的增加而增加,在波长260 nm处,0.15 mol%Cr:Al2O3样品中与氧空位(F中心)相关的光吸收强度最小。Cr:Al2O3晶体的发射光谱的强度远大于陶瓷的发射强度;晶体的发射强度随Cr203掺杂浓度增加呈现先增大后减小的趋势,且在0.15mol%Cr2O3处晶体的发射强度最大。Cr2O3浓度>0.15mol%时晶体的发光强度降低,可能是由于相邻Cr3+离子之间的距离较短而引起猝灭的结果。样品的发射强度与EPR光谱中观察到的顺磁性缺陷中心强度具有相似的趋势,并且在0.15mol%Cr2O3掺杂浓度下的Cr:A1203单晶的顺磁中心浓度最低,对应的发射(PL)谱峰值的强度最强。(2)XRD分析Tm:YAG晶体粉末的结果表明,样品全部形成YAG相,无杂项产生。拉曼光谱测试结果表明Tm:YAG晶体与YAG单晶体的拉曼光谱基本一致,表明掺入Tm3+的YAG晶体具有石榴石型晶体结构,且其晶体结构没有改变。Tm:YAG晶体的平均正电子寿命随着掺杂浓度的增加呈现先减小后增大的趋势,并且在掺杂浓度为1..Oat.%的Tm:YAG晶体中达到最小值,对应材料内部自由电子密度最大,表明该样品的缺陷最小。UV-Vis分光分度计测试结果表明,在可见光范围内,存在四个明显的吸收峰,峰值所在的位置为358nm,464nm,681nm,780nm,分别对应3H6→1D2,3H6→1G4,3H6→3F2,3,3H6→3H4的跃迁,且Tm:YAG晶体的平均透射率大于80%。在357nm的激发下,Tm:YAG晶体的发射波长位于460nm处,对应3H6→1G4的跃迁。不同掺杂浓度的Tm:YAG晶体的发射谱的结果表明,随着Tm2O3掺杂浓度的增大,460nm处的发射峰强度呈现先增大后减小的趋势,掺杂浓度为1.0 at%的Tm:YAG的晶体发射峰强度最大。