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光学三原色之一的红光上转换发射通常由980nm二极管激光器激发，在Er3+/Yb3+共掺体系中获得。然而，这种共掺体系在铌酸锂单晶（LiNbO3）中比较趋向于绿光发射，红光发射较弱。为提高Yb:Er:LiNbO3共掺体系中的上转换红光发射，本文在该体系中加入了一种四价抗光损伤离子Zr4+，并改变掺杂量，研究了不同Zr4+浓度Zr:Yb:Er:LiNbO3晶体的红光上转换发射性能。 采用提拉法生长了无宏观缺陷、光学均匀性较好的不同掺Zr4+(0、2、4、5、6mol％)的Zr:Yb(1mol%):Er(1mol%):LiNbO3单晶。测试了Zr:Yb:Er:LiNbO3晶体的紫外-可见吸收光谱、X-射线衍射谱、红外吸收光谱、上转换荧光光谱及抗光致散射能力。紫外-可见吸收光谱表明，Zr4+的掺入增强了 Yb:Er:LiNbO3晶体中 Er:4I15/2→4F9/2过程，该过程对应660nm左右Er3+的红光吸收。同样，Zr4+的掺入也可以增强该反过程Er:4F9/2→4I15/2的红光发射；通过 X-射线衍射分析确定了晶体的结构，证明了Zr4+的掺杂没有改变 Er3+，Yb3+的占位。3400–3550cm?1范围的红外吸收光谱结果表明，随着 Zr4+掺杂浓度的增加，位于3485cm的OH吸收降低，OH吸收的降低有利于降低晶体的声子能量，从而提高可见光发光效率。测试了Zr4+的掺杂量对于Zr:Yb:Er:LiNbO3晶体红光波段上转换性能的影响。研究表明，随着Zr4+掺杂浓度的提高，绿光上转换发射强度基本保持不变，红光发射增强明显。当Zr4+掺杂为6mol%时，晶体的上转换红光发射相比未掺杂Zr4+样品增强了7倍。测试了Zr:Yb:Er:LiNbO3晶体的抗光损伤性能，分析了Zr4+掺杂浓度对晶体抗光损伤性能的影响，结果表明Zr4+掺杂浓度的提高使晶体抗光损伤性能增强，当Zr4+的掺杂浓度达到阈值浓度时，晶体的抗光损伤能力提高了2个数量级，这对于晶体的上转换发光是有利的。