NaLn(MoO4)2(Ln=Y,La,Gd,Lu)中Er3+离子光学跃迁和温度传感性质研究

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近年来,稀土掺杂材料因其在光源、激光器、显示器、温度传感、防伪、光催化和荧光成像等方面的应用而备受关注。在众多的掺杂稀土离子的发光材料体系中,钼酸盐基质材料由于其声子能量低、光学性能优异且性质稳定等特点,在照明光源、太阳能电池、光电器件、激光器等很多方面都显示出了良好的应用前景。因此,本文通过高温固相法合成了稀土掺杂钼酸盐基质的荧光材料,对其光学跃迁和温度传感性质进行了研究,并据此提出了一种通过粉末状稀土掺杂钼酸盐材料来预评估其单晶的光学跃迁性质、增益性能和温度传感性质的方法。首先我们通过漫反射谱和荧光衰减曲线确定了NaLn(MoO4)2(Ln=Y,La,Gd,Lu):Er3+的Judd-Ofelt(J-O)参数,再用J-O参数进一步计算并比较了Er3+掺杂钼酸盐的辐射跃迁速率、荧光分支比和辐射寿命等光学跃迁性质参数。此外,利用Füchtbauer-Ladenburg(FL)公式和Mc Cumber理论确定了钼酸盐中Er3+离子~4S3/2,~2H11/2,~4F9/2和~4I13/2能级与基态~4I15/2之间跃迁的吸收截面、发射截面和光学增益系数,并提出了一种计算Mc Cumber理论中两个能级之间自由激发能的方法。同时,对所研究的钼酸盐样品的激光增益性能进行了评价和比较。研究发现,对于同一跃迁来说,不同钼酸盐的吸收、发射及增益截面之间存在很大差异,但布居反转参数都非常接近。接下来还测量了NaLn(MoO4)2(Ln=Y,La,Gd,Lu):Er3+在980 nm激光器激发下的~4S3/2和~2H11/2能级到基态的变温光谱,然后计算了~4S3/2和~2H11/2能级到基态的荧光强度比、相对灵敏度及绝对灵敏度,据此提出了一种激光器件的热管理方法,并对不同钼酸盐材料的温度传感性能进行了研究与比较。通过比较实验结果可以发现,Er3+掺杂的Na Gd(MoO4)2和NaLu(MoO4)2钼酸盐的温度传感性能非常接近,其他的钼酸盐材料的光学测温性能则存在一定差异。本研究证明,通过NaLn(MoO4)2(Ln=Y,La,Gd,Lu):Er3+钼酸盐荧光粉材料来预评估其单晶的光学跃迁特性、激光增益性能及温度传感性能是完全可行的,由此还可以进一步说明,即用相应的易制备荧光粉对掺稀土激光单晶进行预评价是可行的。综上所述,本研究提出了一种利用易于获得的稀土掺杂粉体材料进行评价其相应体系单晶光学跃迁和激光性能的方法,由此拓展了J-O理论的应用方法。此外,本研究还可以提高评价稀土掺杂激光晶体性能的效率,有望缩短新型稀土激光晶体的研发周期,对基于稀土单晶固态激光器的发展具有推动作用。
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