流体静压下AlAs合金化的GaAs中Cr2+(3d4)杂质态的理论研究

本文将一个自旋极化的紧束缚格林函数方法发展到用于流体静压和合金下GaAs:Cr²⁺(3d⁴)杂质态的研究。文中给出了GaAs:Cr²⁺系统⁵E激发态和⁵T₂基态受主能级随压力和AlAs合金成份的变化趋势。理论证明了在一定的压力和Al成份下,⁵E激发态将从导带底进入带隙,原在通常条件下观察不到的⁵E→⁵T_关键词：     

GaAs中Cr2+离子的发光及杨—泰勒效应

在各向同性压力下,观察到77°K时n—GaAs样品中Cr2+离子的光致发光。这个光谱带是由Cr2+离子的激发态5E到基态5T2的跃迁所致。由于Cr2+离子在晶体场中有较强的杨一泰勒效应,时发光光谱产生影响。本文考虑静态杨一泰勒效应计算了发射光潴,估计了杨一泰勒能量,并与实验结果相比较。     

YGG:Cr~(3+)晶体的光谱特性

本文通过实验研究了YGG:Cr~(3+)晶体的光谱特性,报道了室温下的吸收谱,10,133,300K的荧光谱,以及荧光寿命、无辐射跃迁几率、辐射量子效率与温度之间的依赖关系。从吸收谱及荧光谱中确定在C_(3i)(S_6)低对称场微扰下,Cr~(3+)离子在基质YGG中~2T_1能级分裂的子能级及基态~+A_2~2E零声子跃迁R线的位置。     

Cr~(3+)在Y_3Ga_5O_(12)晶体中的能级和光谱特性

本文报道用熔盐法生长的Y_3Ga_5O_(12):Cr~(3+)晶体的能级和光谱特性.在室温下;测得~4T_2和~2E能级的有效荧光寿命为205μs,荧光光谱中心波长为727nm.根据Tanabe-Sugano理论计算了晶场能级,并求得了晶场强度参数D_q、Bacah参数B和C以及参数△分别为1626、645、2950和538cm~(-1).     

近红外长余辉材料CaGdAlO_4∶Cr~(3+)的制备及其光学特性

目前,在Cr~(3+)掺杂的近红外长余辉材料中,主要研究工作是关于强晶体场和中等晶体场格位的发光中心与长余辉特性(发射波长、余辉时间和光存储性质)的依赖关系,但缺乏对处于弱晶体场格位的Cr~(3+)与长余辉特性关系的研究。采用自蔓延燃烧法制备了不同铬离子掺杂浓度的钆铝酸钙(CaGdAlO_4∶x%Cr~(3+))近红外长余辉发光材料。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、激发和发射光谱等技术手段研究了离子掺杂浓度和热处理条件对粉末样品的微结构、形貌、粒子尺寸及发光性能的影响。结果表明:在0.1%～2.0%的掺杂浓度范围内,由于具有相同配位数的Cr~(3+)和Al~(3+)半径相近, Cr~(3+)取代了CaGdAlO_4中的Al~(3+)格位。从样品的激发谱中可以发现, 240, 373及592 nm的激发峰分别归属于Cr~(3+)的~4A_2→~4T_1(4P),~4A_2→~4T_1(4F)和~4A_2→~4T_2(4F)的跃迁,对应于276和313 nm的激发峰则来源于基质中的Gd~(3+)~8S_(2/7)→~6I_j和~6P_(2/7)→~8S_(2/7)的跃迁;在红光(592 nm)的激发下, 650～850 nm范围内出现了极大值位于744 nm的近红外宽带发射,并叠加有若干窄带近红外发射。近红外发光强度随着Cr~(3+)的掺杂浓度的增加呈先增加后下降的趋势,最佳掺杂浓度为1%。对上述优化浓度的样品经真空气氛800℃热处理后,发现样品的平均晶粒尺寸由417 nm增大到843 nm,发光强度增强了2倍。实验发现,在CaGdAlO_4基质中, Cr~(3+)取代了处于弱晶体场环境的Al~(3+)格位。通过晶场参数计算和光谱分析,指认了样品光致发光的起源。通过激发光谱数据的计算,发现晶体场强度Dq/B=1.542.3,理论计算表明Cr~(3+)处于较弱的晶体场格位环境,与实验研究结果相符合。发射光谱中670 nm宽带发射可归属为~4T_2→~4A_2的零声子线, 744和756 nm宽带发射对应于~4T_2→~4A_2的声子边带跃迁。热处理后的样品,余辉时间超过了60 s。尤其,与Cr~(3+)处于中等和强晶体场格位的情形相比(近红外发射峰极大值位于697 nm),处于弱晶体场环境的铬离子近红外发射峰的极大值移动到744 nm,更接近于第一生物窗口的中央,这将更有利于生物医学成像的应用。该研究对发现新型长余辉发光材料和拓展其应用具有重要的实际意义。     

掺杂在GaAs材料中Be受主能级之间的跃迁

通过远红外吸收谱、光致发光光谱和拉曼散射光谱,对均匀掺杂在GaAs材料中Be受主能级之间的跃迁进行了研究.实验中使用的GaAs:Be样品是通过分子束外延设备,生长在半绝缘(100) GaAs衬底之上的外延单层.在4.2 K温度下,对样品分别进行了远红外吸收光谱、光致发光光谱、Raman光谱的实验测量.在远红外吸收光谱中,清楚地观察到了从Be受主1S_(3/2)Γ_8基态到它的三个激发态2P_(3/2)Γ_8, 2P5/2Γ_8和2P5/2Γ_7之间的奇宇称跃迁吸收峰.跃迁能量与先前文献中报道的符合得很好.从光致发光光谱中,观察到了Be受主从1S_(3/2)Γ_8基态到2S_(3/2)Γ_8激发态的两空穴跃迁的发光峰,从而间接地找到了两能级之间的跃迁能量.在Raman光谱中,清楚地分辨出来了Be受主从1S_(3/2)Γ_8基态到2S_(3/2)Γ_8激发态偶宇称跃迁的拉曼散射峰,直接得到了两能级间的跃迁能量.对比发现,分别直接和间接得到的1S_(3/2)Γ8基态到2S_(3/2)Γ8激发态跃迁能量结果是一致的.     

近红外发光材料Mg2SnO4:Cr3+的制备及发光性质

采用高温固相法合成了一种新型近红外发光材料Mg_(2-x)SnO_4∶xCr~(3+)。利用X射线粉末衍射仪对样品的结构进行了表征,证明所得到的荧光粉具有单一尖晶石结构,掺杂离子的加入并没有改变晶体结构。利用荧光光谱和荧光衰减光谱对荧光粉的发光性质进行了研究。当被470 nm的蓝光激发时,荧光粉在700 nm处出现一个尖锐的发射峰(R锐线)和中心发射在750 nm处的宽带发射峰,分别归属于Cr~(3+)的~2E→~4A_2和~4T_2(~4F)→~4A_2跃迁。研究不同浓度Cr~(3+)掺杂对样品发光性质的影响,发现样品的发光强度随着Cr~(3+)浓度的增加而增大。当Cr~(3+)掺杂浓度x=0.02时达到最大值,之后出现发光强度的猝灭,猝灭机理为多极相互作用。样品的荧光寿命随着Cr~(3+)掺杂浓度的增大逐渐减小,从而证明Cr~(3+)之间存在着能量传递现象。Mg_(2-x)SnO_4∶xCr~(3+)系列荧光粉还表现出了近红外长余辉发光性质。     

BeAl_2O_4∶Cr~(3+)系统中~2E→~4A_2跃迁谱线随压力的变化

首次观察到液氮温度下BeAl_2O_4∶Cr~(3+)系统中压力对荧光谱线的影响,系统地测量了室温和液氮温度下,在0—120kbar压力范围内~2E→~4A_2跃迁谱线。结果表明,R_1、R_2、S_1和S_2谱线随压力变化的红移率各不相同,但每条谱线各自在室温与液氮温度下的红移率相同。同时也观察到随温度降低这些谱线位置的紫移。     

自组织生长InAs/GaAs量子点发光动力学研究

介绍了最新发展的粒子数混合超快光谱测量技术,以及采用该技术对自组织生长InAs/GaAs量子点发光动力学的研究结果.实验发现,自组织InAs/GaAs量子点结构的发光寿命大约为1ns,与InAs层厚度关系不大;激子寿命与温度有一定的关系,但没有明显的实验证据表明与量子点的δ态密度有关;用粒子数混合技术,实验上可直接观察到量子点中载流子在激发态能级的态填充过程. 关键词：     

GaAs/AlAs量子阱中受主束缚能和光致发光

从实验和理论上,研究了量子限制效应对GaAs/AlAs多量子阱中受主对重空穴束缚能的影响。实验中所用的样品是通过分子束外延生长的一系列GaAs/AlAs多量子阱,量子阱宽度为3~20nm,并且在量子阱中央进行了浅受主Be原子的δ-掺杂。在4,20,40,80,120K不同温度下,分别对上述样品进行了光致发光谱测量,观察到了受主束缚激子从基态到激发态的两空穴跃迁,并且从实验上测得了在不同量子阱宽度下受主的束缚能。理论上应用量子力学中的变分原理,数值计算了受主对重空穴束缚能随量子阱宽度的变化关系,比较发现,理论计算和实验结果符合地较好。     

显微光谱研究半绝缘GaAs带边以上E_0 Δ_0光学性质

通过显微光致发光技术和显微拉曼(Raman)技术研究了半绝缘GaAs(SI-GaAs)晶体的带边附近的发光.在光荧光谱中,观察到在高于GaAs带边0.348eV处有一个新的荧光峰.结合Raman谱指认此发光峰来源于GaAs的E0 Δ0能级的非平衡荧光发射.同时,通过研究E0 Δ0能级的偏振、激发光强度依赖关系,以及温度依赖关系说明E0 Δ0能级与带边E0共享了共同的导带位置Γ6,同时这也说明在GaAs中主要是导带的性质决定了材料的光学行为.同时,通过与n-GaAs和δ掺杂GaAs相比较,半绝缘GaAs晶体的E0 Δ0能级的发光峰更能反映GaAs电子能级高临界点E0 Δ0的能量位置和物理性质.研究结果说明显微光致发光技术是研究半导体材料带边以上能级光学性质的一种非常有力的研究工具.     

GaAs/AlGaAs超晶格的光致发光

在室温下测量了GaAs/A l0.3Ga0.7As超晶格的光致发光,发现在波长λ=761 nm处存在一较强的发光光峰,此发光峰目前尚未见报道。经理论分析表明,此峰是量子阱中的第一激发态电子与受主空穴复合发光。实验还观测到在λ=786 nm处,λ=798 nm处和λ=824 nm处分别存在一发光峰,分析表明λ=786 nm处的发光峰为量子阱阱中费米能级附近的电子与轻空穴复合发光;λ=798 nm处的发光峰为量子阱内的基态电子到轻空穴的复合发光;λ=824 nm处的发光峰为阱中激子复合复合发光。理论计算与实验结果符合的很好。     

Cr~(3+)离子在Na_2MgAlF_7中的发光

实验考查了Cr~(3+)离子在Na_2MgAlF_7多晶粉末中的发光特性。~4T_2能级的发光复盖近红外的700nm至1050nm的宽阔谱域。77K时,荧光寿命为310μs,荧光衰减曲线稍偏离单指数式。在200K以上发生较严重的温度猝灭。荧光谱表现出一些结构,对此做了讨论。     

时间分辨荧光光谱研究铁电材料锶钡铌氧(SBN)及铬离子掺杂的锶钡铌氧(SBN:Cr~(3+))的荧光热猝灭和光猝灭

本文使用稳态及时间分辨荧光光谱法对陶瓷相铁电材料Sr_xBa_(1-x)Nb_2O_6(SBN-x)及Cr~(3+)掺杂的Sr_xBa_(1-x)Nb_2O_6(SBN:Cr~(3+))的光生载流子的复合动力学进行了研究。带边激发条件下SBN-70非辐射复合过程在温度高于137K时已快于辐射复合,说明SBN在765nm处对应的发光中心极容易受到晶格振动影响,使激发态电子转而通过声子参与的无辐射跃迁回到基态。对于Cr~(3+)离子掺杂的SBN-70,使用395nm和480nm激发得到发光中心的热激活能分别为Ea=380.9±61.0meV和Ea=374.6±51.4meV。发现了SBN低温下很强的光致荧光猝灭性质,其产生原因可能归属为样品对激发光的吸收造成的捕获电子态对发光的二次吸收。     

通过Pr3+掺杂SrZnOS实现应力发光颜色调控及其应力发光机理

采用高温固相法成功制备出新型Sr_(1-2x)Pr_xLi_xZnOS应力发光材料。通过XRD、扫描电镜、漫反射、光致发光、荧光衰减、应力发光和热释光等测试详细研究了晶体结构、形貌、光致和力致发光性能及其发光机理。在298 nm激发下,Sr_(1-2x)Pr_xLi_xZnOS的发光位于522 nm和674 nm,分别来自于Pr~(3+)离子从激发态~3P_0到~3H_5、~3F_2的跃迁。随着Pr~(3+)浓度增加,发光强度先增加后减小,在x=0.015时发光最强,且衰减时间从17.79μs减短到5.93μs。在载荷为5 000 N激发下可以获得Pr~(3+)离子的522 nm和674 nm的应力发光发射带。位于522 nm和674 nm的两个发射带的相对强度I_G/I_R随着掺杂浓度的增加呈线性减小,且在色坐标图(CIE)和实物应力发光照片中均能观测到应力发光的颜色从黄绿光到橙黄光的转变。该材料的研究将为应力发光领域提供调控颜色的新思路,在压力显示成像和应力传感领域具有潜在的应用价值。     

超重元素Bh（Z=107）的激发态结构和共振吸收率的理论预言

在成功预言了100号元素Fm低激发态能级结构的基础上，通过系统考虑电子相关效应和相对 论效应，使用MCDF方法进一步预言了107号元素Bh的几个较低的激发态能级以及由基态到这 些激发态的共振吸收率.期望预言的结果会对进一步的实验工作提供一定的帮助. 关键词： 超重元素 MCDF方法 低激发态结构     

超长波GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器光电流谱特性研究

研究了响应波长在15μm附近的超长波GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器在不同外加偏压下的光电流谱特性.光电流谱上的两个主要由于阱宽随机涨落而呈现为高斯线形的响应峰被分别指认为量子阱基态E0到第一激发态E1和第三激发态E3的跃迁.跃迁峰随着器件上外加偏压的增大而出现线性红移现象，认为这种变化起源于激发态与基态对量子阱结构中势变化敏感性的不同，采用传输矩阵方法并考虑到电子交互作用修正进行的理论计算在定量上解释了实验结果. 关键词： 量子阱红外探测器 超长波 光电流 传输矩阵     

GaAs半导体中三光子吸收系数的光学测量

本文首次报道了采用非线性光透射技术(NLT)测量λ=2.06μm激光激发下GaAs本征半导体中三光子吸收的实验研究.观察到了三光子吸收及所伴随的自由载流子的激发态吸收,并测得了三光子吸收系数.实验测量结果与理论计算结果比较,符合较好.     

激光二极管抽运的被动调QNd3+:YAG微晶片激光器及其稳定性

从理论和实验两个方面研究了连续激光二极管抽运的Cr~(4+):YAG被动调QNd~(3+):YAG微晶片激光器。考虑Cr~(4+):YAG饱和吸收体激发态吸收,推导了连续抽运的被动调Q微晶片激光器的速率方程,分析了微晶片参量对调Q脉冲半峰全宽和峰值功率的影响;提出了实现稳定脉冲输出的微晶片激光器设计原则。在饱和吸收体初始透过率较低(T_0≈40％)的情况下,获得了脉冲峰值功率不稳定性小于±0.7％、脉冲宽度不稳定性小于±1.0％、峰值功率高达千瓦量级的高重复频率激光输出。     

GaAs_(1-x)P_x中3d过渡金属杂质的电子结构

本文推广了Vogl等人的理论方法,将其用于对GaAs_(1-x)P_x中3d过渡金属杂质电子结构的研究。文中就不同的合金成份x,预言了不同3d杂质的受主能级、施主能级、局域电荷和自旋密度。理论预言与实验数据符合,并且揭示了它们的主要化学趋势。文中还就与理论和实验结果变化趋势有关的物理机制进行了讨论。