双温区热扩散掺杂Fe2+∶ZnSe激光晶体的制备及激光输出性能

本文以CVD ZnSe晶片为基质材料,以FeSe粉末为掺杂物,采用双温区热扩散掺杂技术获得了尺寸为Ø22 mm×4 mm的Fe²⁺∶ZnSe激光晶体。通过二次离子质谱(SIMS)测试该晶体样品表面铁离子浓度为3.43×10¹⁸ cm^-3,并通过X射线光电子能谱(XPS)分析了晶体样品中铁元素的离子价态。采用UV/Vis/NIR分光光度计和傅里叶红外光谱仪测试了Fe²⁺∶ZnSe激光晶体的透过谱图。测试结果显示,在3.0 μm处出现了明显的Fe²⁺吸收峰,峰值透过率为5.5%。以波长为2.93 μm的Cr, Er∶YAG激光器为泵浦源,温度77 K时抽运尺寸10 mm×10 mm×4 mm的 Fe²⁺∶ZnSe晶体,获得了能量为191 mJ、中心波长4.04 μm的中红外激光输出,光光转换效率13.84%。     

Cr2+∶ZnSe中红外激光晶体生长及光谱性能

采用物理气相输运法( PVT),以Cr2+∶ ZnSe多晶为原料,在源区温度约为1000℃、温差为6～7℃条件下生长2周,获得了体积约为0.7 cm3的Cr2+∶ZnSe晶体.紫外-可见-近红外透过光谱显示,Cr2+∶ZnSe样品在1770nm左右出现了强吸收;Cr2+浓度在1019 atoms/cm3数量级,与原料中Cr2+浓度基本一致,反映了较低温度PVT法生长有利于获得预期的Cr2+掺杂浓度.荧光测试结果表明,Cr2+∶ZnSe样品谱线对称性好,发射峰位约在2400 nm,线宽约600 nm;室温荧光寿命为5.52×10-6s.数据分析结果表明,Cr2+∶ZnSe样品的吸收截面和发射截面峰值分别为1.1×10-18cm2和2.3×10-18 cm2.     

Zn2+∶Yb3+∶LiNbO3晶体生长及光谱性能研究

采用提拉法成功生长了Zn2+(2mol;)单掺的同成分铌酸锂(Zn2+∶LiNbO3)晶体及Zn2+(6mol;)和Yb3+(1 mol;)双掺的同成分铌酸锂(Zn2∶Yb3+∶LiNbO3)晶体,晶体尺寸分别约为φ30 mm×40 mm和φ30 mm×50mm.测试了这两个晶体的XRD图谱并与标准图谱进行了比较.测量了Zn2∶LiNbO3和Zn2∶Yb3+∶LiNbO3晶体的红外透射光谱,OH-的振动吸收峰分别位于3484.2 cm-和3493.7 cm-1,表明Zn2+的掺杂浓度还都处在阈值以下.研究了Zn2+∶Yb3+∶LiNbO3晶体的室温吸收、发射光谱和荧光寿命特性,表明其是潜在的近红外激光增益介质,有望发展新型功能激光器件.     

温度梯度法生长大尺寸钛宝石晶体研究

采用温度梯度法生长了不同掺杂浓度的钛宝石(Ti∶ Al2O3)激光晶体,经退火加工获得的最大晶体尺寸达到φ86 mm×37 mm.室温下利用紫外-可见-近红外分光光度计测试了晶体300～ 1000 nm波段的吸收,分析了该系列晶体的吸收特性.结合晶体径向527 nm的吸收测试分析了晶体径向掺杂均匀性,同时使用Zygo干涉仪测试了晶体的光学均匀性,结果表明所生长的大尺寸钛宝石晶体具有良好的掺杂及光学均匀性.通过化学腐蚀法,利用光学显微镜观察表征了晶体位错密度,为2.9 × 103/cm2.     

ZnSe和Cr∶ ZnSe单晶的温梯法制备及光学性能研究

采用温度梯度法(TGT)生长了直径为32 mm大尺寸ZnSe晶体.对生长出的ZnSe单晶进行了光学性能分析.采用磁控溅射方法在ZnSe晶体上镀铬膜,通过热扩散方法成功制备出中红外Cr∶ ZnSe激光晶体,并研究了Cr∶ZnSe晶体的光谱性能.吸收光谱测试观察到了Cr2+(3d4)取代四面体配位Zn2的5T2→5E能级的跃迁在1800nm的吸收带.77 K低温的光致发光光谱表明Cr∶ ZnSe晶体具有中心波长位于2.2 μm的宽谱带发射特征.     

大尺寸优质激光晶体Nd3+/Yb3+∶NaY(WO4)2的生长和性能研究

采用提拉法生长了尺寸为φ25 mm×100 mm的大尺寸Nd3+与Yb3+掺杂的NaY(WO4)2晶体.对晶体的生长习性进行了讨论,利用XRD对晶体进行了相分析.测试了晶体的热膨胀特性,得到了主轴方向的热膨胀系数,测得沿c轴的膨胀系数大约为a轴的两倍.在室温下测试了Yb3掺杂的NaY( WO4)2晶体的吸收谱、荧光光谱和相关能级的荧光衰减,用标准与改进的J-O理论分析了吸收光谱与荧光光谱.结果表明,Yb3+掺杂的NaY( WO4)2晶体有着较好的光谱性能参数.采用氙灯泵浦Nd3+掺杂的NaY( WO4)2,实现了1.06 μm波段786 mJ的激光输出,同时在LD泵浦下,采用LBO晶体倍频,实现了87 mW的激光输出,基频光光转换效率为25;,斜率效率为7.98;.     

坩埚下降法生长的大尺寸BaF2∶Y闪烁晶体的闪烁性能及辐照损伤研究

本文使用垂直坩埚下降法制备了40 mm×40 mm×350 mm的BaF₂∶5%Y(摩尔分数)晶体，并对晶体样品进行了掺杂含量、闪烁性能、光学性能和辐照损伤的研究。距离籽晶端0～300 mm范围内的Y³⁺掺杂浓度(摩尔分数)为5.1%±0.9%。晶体样品的平均光输出为2 100 ph/MeV,在662 keV处的最优能量分辨率为10.1%。经⁶⁰Co放射源辐照累积剂量1 Mrad后，样品在波长220 nm处的透过率由辐照前的87.3%下降至83.5%,在波长300 nm处的透过率由91.8%下降至89.9%。BaF₂∶Y晶体的抗辐照性能差于BaF₂晶体，经过累积剂量辐照后，BaF₂∶Y晶体对波长300 nm光的吸收明显增强。     

LaBr3:Ce,Sr闪烁晶体的生长及性能研究

采用自发成核坩埚下降法生长了直径25 mm的铈、锶共掺溴化镧(LaBr₃∶5%Ce,x%Sr,简称LaBr₃∶Ce, Sr,其中x=0.1、0.3、0.5,摩尔分数)闪烁晶体,测试对比了晶体的X射线激发发射光谱、透过光谱和脉冲高度谱等。结果表明,不同Sr²⁺掺杂浓度的LaBr₃∶Ce, Sr晶体在X射线激发下的发射光谱波形基本一致,但相比未掺杂Sr²⁺的样品,发射峰的峰位发生了明显的红移,随着Sr²⁺掺杂浓度的增大,发射峰红移程度增大。不同Sr²⁺掺杂浓度的LaBr₃∶Ce, Sr晶体在350～800 nm不存在明显的吸收峰,0.3%和0.5%Sr²⁺掺杂晶体的透过率有所降低。随着Sr²⁺掺杂浓度的增大,能量分辨率逐步提高,Sr²⁺掺杂浓度为0.5%时,LaBr₃∶Ce, Sr晶体的能量分辨率最高,达2.99%@662 keV...     

新型( Yb3+,La3+)∶Gd2SiO5和(Yb3+,Tb3+)∶GdTaO4单晶生长及分凝研究

采用提拉法生长了尺寸为φ30 mm × 50 mm的(Yb3+,La3+)∶Gd2SiO5单晶和尺寸为φ24 mm×57 mm的( Yb3+,Tb3)∶GdTaO4单晶,用X射线荧光法测量了掺杂样品的组分浓度在晶体中的分布,拟合了掺杂离子的有效分凝系数,结果表明:Yb3+在Gd2SiO5晶体中的分凝系数为1.185(15),接近单位1,而La3+则为0.68 (10),偏离单位1较多,对晶体的光学均匀性会有较大的影响;Yb3+和Tb3+在GdTaO4中的分凝系数为0.84(14)和0.84(5),接近单位1,对晶体的光学均匀性影响较小.     

掺Sr2+溴化铈晶体的生长与闪烁性能研究

采用坩埚下降法生长了直径为25.4 mm的纯溴化铈晶体和0.1%、0.2%和0.5%(摩尔分数)Sr²⁺掺杂的溴化铈晶体。将所生长晶体加工成直径25.4 mm、厚度10 mm的坯件,并进行紫外和X射线激发荧光光谱、¹³⁷Cs源激发多道能谱等测试。结果表明:Sr²⁺掺杂会导致晶体X射线激发下的发射光谱出现轻微红移,而随着Sr²⁺掺杂量的增加,晶体的能量分辨率依次提高,光输出依次降低;当Sr²⁺掺杂量为0.5%时,溴化铈晶体的能量分辨率最高,达3.83%@662 keV,但过高含量的Sr²⁺掺杂会造成晶体生长困难。综合考虑晶体性能和生长情况,Sr²⁺掺杂量为0.2%时较为适宜,所获得的ϕ25.4 mm×25.4 mm CeBr₃∶0.2%Sr晶体封装件的能量分辨率为3.92%@662 keV。     

新型光折变晶体Mn:YAlO3的生长与光谱性质研究

采用提拉法成功生长了无散射掺杂0.5;原子分数的Mn:YAlO3(Mn:YAP)光折变单晶体,晶体尺寸约为25mm×47mm,原生态晶体呈桔黄色.XRD测试结果表明,Mn:YAP晶体具有与纯YAP相同的结构(Pnma),但Mn离子掺杂后相应的晶胞参数略有减小.采用ICP方法测试计算得Mn离子在YAlO3晶体中的分凝系数约为0.11.在室温下测试了Mn:YAP晶体的吸收和荧光光谱,并初步分析了Mn:YAP晶体的光谱特征.研究表明Mn:YAP晶体中,Mn4+离子充当光折变中心,其吸收和发射峰分别对应于480nm和720nm.     

掺杂LN晶体光折变效应及图象光存储特性

利用514.5nm和632.8nm波长的激光,研究了单掺杂Fe和双掺杂Ce∶Fe离子铌酸锂晶体的光折变二波耦合及光折变全息存储特性.实验结果表明生长态双掺杂Ce∶Fe与单掺杂Fe的LiNbO3晶体的光折变波耦合增益差异不明显,但双掺杂Ce∶Fe的LiNbO3晶体的图象存储和擦除特性明显得到改善.氧化态样品具有较大的透过率光谱范围和较好的图象存储质量;还原态样品具有较大的光折变二波耦合增益特性.     

Fe、Ni掺杂ZnO纳米棒的水热法制备与磁性能研究

采用水热法制备稀磁半导体材料,样品Zn0.95 Fe0.05O和Zn0.95Fe0.03Ni0.02O的XRD图谱和TEM图谱发现,样品具有纤锌矿结构,形貌为纳米棒状结构.XEDS分析显示,掺杂的Fe和Ni元素进入到了ZnO晶体中.RAMAN光谱表明,Zn2+被Fe2+、Ni2+替换,晶体发生拉曼光谱红移.PL光谱分析发现,在室温条件下,随着Fe2+和Ni2+的掺杂,出现了猝灭现象.VSM测量显示,掺杂样品在室温条件下存在明显的铁磁性,且这种铁磁性属于稀磁半导体的内禀属性.实验结果表明在水热法条件下,获得了ZnO基稀磁半导体材料样品,且样品具有良好的光学和磁学特性,为进一步研究稀磁半导体材料提供了一定的参考.     

15;Yb:YAlO3晶体的生长和光谱研究

本文采用中频感应提拉法成功生长了Yb掺杂浓度高达15;的YAlO3晶体,晶体尺寸约30mm×120mm,晶体质量较好.对生长的晶体沿垂直于b轴方向进行了切割,将样品分别在氢气和氧气中退火后进行了吸收和荧光测试.在氧气中退火后的样品具有较大的峰值吸收宽度,但同时也增加了基线的吸收系数.分析表明在940nm泵浦下,1011nm和1037nm将是实现激光输出的候选波长.     

水热法制备Ti1-xFexO2稀磁半导体

本论文采用水热法制备Fe掺TiO2稀磁半导体Ti1-xFexO2(x=0-0.04),并对其形貌、结构及磁性能进行表征.X射线衍射分析结果表明,掺杂Fe离子后产物为TiO2锐钛矿结构,其晶体晶格常数随掺人铁离子含量的增加而略有增大.透射电镜和x射线能谱测试结果表明,样品形貌规整,平均粒径约为20 nm.利用振动样品磁强计对其磁性能进行测量,结果表明样品在室温条件下存在铁磁性.     

KSr2I5∶Eu单晶生长及荧光性能研究

用布里奇曼法成功制备出一种新颖的三元系碱金属卤化物闪烁晶体-KSr2I5∶Eu,加工后的晶体尺寸达15 mm×10 mm×10 mm.XRD测试结果与KSr2I5的标准卡片(卡片号为PDF#39-1140) 进行比对,结果一致.KSr2I5晶体密度为4.39 g/cm3,差示扫描量热法显示晶体的熔点约为470 ℃左右.荧光光谱和X射线激发发射光谱测试结果表明KSr2I5∶0.5;Eu晶体只有一个发射峰,位于445 nm处附近,属于典型的Eu2+的5d→4f的跃迁发射.计算表明,用PMTR1306测试KSr2I5∶0.5;Eu晶体的量子效率约为12.2;.作为一种新型的闪烁晶体具有潜在的商用化价值.     

Cr3+∶LiSr0.8Ca0.2AlF6晶体生长及其激光特性

在国内首次用提拉法成功地生长出大尺寸改性的Cr∶LiSAF晶体Cr3+∶LiSr0.8Ca0.2AlF6,晶体毛坯尺寸达25mm×130mm.测量了该晶体在室温下的吸收及发射光谱,并实现了其闪光灯泵浦条件下的激光运转.单灯泵浦最大输出能量5.2J,激光阈值35.7J.     

掺Yb3+钇铝石榴石晶体的生长和性能研究

用提拉法生长出φ40×190mm3的掺Yb3+钇铝石榴石(Yb∶YAG)晶体,摸索出了合适的温场系统、生长工艺和热处理条件.通过测量Yb∶YAG晶体在939nm处的透过率得出了其吸收系数与原始掺杂浓度之间的关系.所生长Yb∶YAG晶体的光-光转换效率为38.6;,斜率效率达55.1;.     

Sc:Fe:LiNbO3晶体的生长和光学性能研究

研究双掺Fe(0.03wt;Fe2O3)和Sc(0,1,2,3mol;)铌酸锂晶体全息存储性能.通过晶体红外光谱测试发现:Sc:Fe:LiNbO3晶体中Sc的掺杂浓度超过3mol;时,Sc:Fe:LiNbO3晶体的O-H吸收峰的位置从低掺杂时的3484cm-1移动到3508cm-1.采用光斑畸变法测得(3mol;)Sc:Fe:LiNbO3晶体抗光损伤能力为3.3×103 W/cm2,比Fe:LiNbO3提高了二个数量级.晶体的红外吸收光谱和抗光损伤能力显示:Sc的掺杂浓度为3mol;时具有明显的阈值特征.采用波长为632nm的He-Ne激光器作为光源,通过二波耦合方法测试晶体全息存储性能.实验表明:在一系列Sc:Fe:LiNbO3晶体中,Sc(2mol;):Fe:LiNbO3晶体能获得最佳的光折变灵敏度和动态范围.     

TiO2∶Fe的EPR谱及其光催化特性研究

采用溶胶-凝胶法制备了TiO2∶ Fe材料,测试并分析了材料的电子顺磁共振谱,其结果显示溶胶凝胶法制备的Fe掺杂TiO2粉末在g=1.99和4.3处具有明显信号峰,归属于信号对应离子,并利用其积分值半定量分析了掺杂到晶体表面和内部Fe离子数目的多少及二者比值,发现对离子掺杂到内部而言直至掺杂浓度为0.6;仍未达到饱和,而对离子掺杂到表面而言,当掺杂浓度为0.4;时,该信号强度不再增强,掺杂到晶体表面的Fe离子数量达到饱和.使用紫外可见光谱仪测定了所制材料的光催化性能,所制的Fe掺杂TiO2纳米材料最佳掺杂浓度为0.1;,对甲基橙降解率是17.83;,比未掺杂材料降解率(16.31;)提高了9.32;,增强了光催化活性,其余掺杂浓度(0.0372;,0.2;,0.4;和0.6;)样品的光催化活性均比未掺杂样品的低,降低了光催化活性.