论文部分内容阅读
Nd3+、Yb3+、Er3+激活发光材料是固体激光的重要工作物质。晶场中的Nd3+可以四能级激光运转,获得高效的近红外激光,变频后可获得蓝光、绿光、紫外及中红外激光光源；晶场中Yb3+因为有宽的发光谱、长的能级寿命而成为超短脉冲全固态激光的重要激活离子；由Er3+掺杂激光材料是1.5、2.7～3μm激光的工作物质,在光通讯、生物医学、红外对抗等领域有重要的应用前景。GdNbO4是单斜晶系,Nd3+、Yb3+、Er3+掺入后将占据C2低对称格位,有利于f-f跃迁发光禁戒的解除,同时,GdNbO4中稀土和配位体的距离较小,有利于晶场作用增强。因此,本工作制备了Nd3+、Yb3+、Er3+掺杂的GdNbO4,测定了它们的结构,初步研究了它们的光致发光特性。另外,Nd:GSAG是一种性能优良的激光材料,通过Cr敏化可增强其光吸收,有望提高其激光效率和抗辐照性能,因此,本文用提拉法生长了Cr,Nd:GSAG,对其结构、发光性能进行了初步的研究。论文主要工作和结果如下:
1.用高温固相法制备了Nd3+:GdNbO4、Yb3+:GdNbO4、Er3+:GdNbO4多晶体,通过X射线粉末衍射全谱拟合确定了它们的结构。它们都属单斜系空间群I2/a(No.15)。(1at％)Nd3+:GdNbO4的晶胞参数为a、b、c=0.53701、1.10902、0.51066nm,β=94.5748°,原子坐标为:Gd/Nd(0.2500,0.6111,0.0000),Nb(0.2500,0.1313,0.0000),01(0.0478,0.5391,0.2779),02(0.0710,0.7890,0.2758)；(5at％)Yb3+:GdNbO4的晶胞参数为a、b、c=0.53688、1.10895、0.51038nm,β=94.554°,原子坐标为:Gd/Yb(0.25,0.6199(6),0),Nb(0.25,0.1437(5),0),O1(0.0665(32),0.4611(13),0.2658(45)),O2(-0.0022(42).0.7054(13),0.3163(45))；(5at％)Er3+:GdNbO4的晶胞参数为a、b、c=0.53696、1.10888、0.51047nm,β=94.570°,原子坐标为:Gd/Er(0.25,0.6198(5),0),Nb(0.25,0.1459(3),0),01(0.0825(32),0.4643(14),0.2693(34)),O2(0.0233(45),0.7012(15),0.3065(43))；(30at％)Er3+:GdNbO4的晶胞参数为a、b、c=0.53453、1.10410、0.50940nm,β=94.562°,原子坐标为:Gd/Er(0.25,0.6209(4),0),Nb(0.25,0.1434(4),0),O1(0.0836(27),0.4634(10),0.2556(27)),O2(-0.0052(42),0.7018(10),0.3034(35))。
2.研究了(1at％)Nd3+:GdNbO4的光致发光,它的发射主峰为1065nm,来自于Nd3+的4F3/2→4I11/2跃迁,激发峰则以590nm、897nm、809nm的谱带最强,分别来自于4I9/2→4G5/2+2G7/2、4I9/2→4F3/2、4I9/2→4H9/2+4F5/2跃迁。结果表明Nd3+在GdNbO4有很强的晶场作用,是一种潜在的新型激光材料。
3.测量了(5at％)Yb3+:GdNbO4的光致发光谱和荧光衰减寿命,给出了Yb3+:GdNbO4的晶场能级分裂为:2F5/2:10265、10471、10730 cm-1,2F7/2:0、284、431、560cm-1;发射主峰为1002nm,半高全宽为42nm,比Yb3+:YAG宽4倍多;荧光寿命为351μs。结果表明Yb3+:GdNbO4有良好的储能能力,宽的发射谱带有利于获得超短脉冲和可调谐全固态激光输出。
4.研究了Er3+:GdNbO4的光致发光,结果表明,30at％Er3+:GdNbO4较5at％Er3+:GdNbO4的1、1.5μm附近的发光强度有了明显的下降,可能是浓度猝灭所致；在972、982nm处Er3+:GdNbO4有较强的激发,表明可用970～980nm激光二极管泵浦,获得1.494、1.536、1.563、1.595μm的激光输出,此波段激光处于人眼安全波段,在光通讯、相干激光雷达、军用测距仪等领域有重要的应用前景。
5.采用提拉法成功生长出质量优良的(Cr,Nd):GSAG晶体,尺寸达到了035mm×45mm;吸收光谱表明晶体的紫外截止波长约为275nm,Cr掺杂导致了在459nm及633nm附近出现了两个宽吸收带,它的激发光谱表明Cr3+离子吸收激发光后将其高效地传递给了Nd3+离子,故Cr离子的掺入可提高Nd:GSAG的激光效率；(Cr,Nd):GSAG中Nd3+离子4F3/2→4I9/2跃迁波长覆盖了水蒸气的942/943nm吸收带,有望用做大气水蒸气差分吸收激光雷达光源,对大气水蒸气分布的测量具有十分重要的意义。