Yb3+掺杂稀土钽铌酸盐的晶体场从头计算研究

Yb³⁺掺杂晶体材料是重要的激光材料,在超短脉冲激光、大功率激光等领域有重要应用前景,但长期以来很难通过实验拟合确定Yb3+晶体场参数,尤其是低对称体系,从头计算是解决此问题的重要途经.本文介绍了适合计算稀土离子掺杂晶体的从头计算DV-Xα方法和有效哈密顿量模型,用该方法计算了Yb³⁺掺杂M型和M'型钽铌酸盐的晶场参数和旋轨耦合参数,得到的能级结构和实验能很好地符合,并发现了Yb³⁺掺杂钽铌酸盐的晶场强度参数随稀土原子序数呈现规律变化.表明结合DV-Xα计算和有效哈密顿量方法是计算Yb³⁺掺杂低对称钽铌酸盐晶体场的有效途径,结果显示Yb3+掺杂钽铌酸盐晶体有望成为新型全固态激光工作物质.     

Structures and luminescence properties of Yb3＋ in the double perovskites Ba2YB＇O6 （B＇=Ta5＋, Nb5＋） phosphors

The Yb³⁺ doped Ba₂YB'O₆ (B'=Ta⁵⁺, Nb⁵⁺) were prepared by high temperature solid-state reaction method, their structures were determined by x-ray diffraction and refined by Rietveld method. The diffuse reflection absorption, excitation and emission spectra of Yb³⁺:Ba₂YB'O₆ (B'=,Ta⁵⁺, Nb⁵⁺) were measured at room temperature. Under the excitation of ultraviolet light, these phosphors exhibit broad charge transfer band emissions of TaO₆ or NbO₆ centre with large Stokes shift. The Yb³⁺ doped into these hosts are situated at Y³⁺ sites of cubic symmetry (O_h). The experimental energy levels of Yb³⁺ in Ba₂YTaO₆ and Ba₂YNbO₆ were determined by photoluminescence and diffuse reflection absorption spectra. Their wavefunctions and theoretical energy levels were obtained by diagonalising the Hamiltonian matrix. The experimental energy levels were fitted by Levenberg--Marquardt iteration algorithm to determine crystal field parameters. Then, the magnetic-pole transition line strengths of Yb³⁺:Ba₂YB'O₆(B'=Ta⁵⁺, Nb⁵⁺) from (²F_5/2)Γ₈^- to the low-energy states were calculated.     

大尺寸Nd3+:GGG激光晶体的单胞参数计算和组分分析

采用提拉法生长了直径为136mm的Nd3+:GGG单晶,通过X射线衍射和X射线荧光对晶体的结构、成分沿生长方向和径向的变化进行了测试分析.结果表明单胞晶格参数沿晶体的生长方向和径向均逐步变大,平均变化率分别为3.1×10-6(A)/ mm、1.3×10-5(A)/mm;沿着晶体的生长方向,Nd和Gd组分按指数函数规律逐步增加,而Ga组分则按高斯函数逐渐减小.沿晶体径向从内到外,Nd、Gd组分按线性规律逐渐增大,其变化率分别为0.0014 at;/ mm、0.00924 at;/ mm,Ga组分则按线性规律减小,变化率为-0.0117 at;/ mm.这些变化主要是由于Nd3+的分凝效应、Ga挥发所导致.     

高密度闪烁体Nd∶GdTaO4和Nd∶LuTaO4发光跃迁强度计算

GdTaO₄和LuTaO₄是具有快发光衰减的新型重闪烁体。采用全谱拟合方法拟合了808 nm 激光二极管(LD)激发的M相Nd∶GdTaO₄和M′相Nd∶LuTaO₄的光致发光谱,给出了它们的跃迁强度参数A^k_t,p。在808 nm 激光激发下,GdTaO₄中Nd³⁺离子⁴F_3/2能级的上下两个晶场子能级的粒子布居数比例接近1,而在Nd∶LuTaO₄中则为1.30、1.41,表明在808 nm激光激发下,Nd³⁺的⁴F_3/2两个晶场子能级间的无辐射弛豫速率与激发速率相近。通过给出的跃迁强度参数A^k_t,p计算了Judd-Ofelt跃迁强度参数Ω_t,计算了Nd³⁺在GdTaO₄、LuTaO₄中的²P_3/2跃迁几率,表明GdTaO₄和LuTaO₄中Nd³⁺的数百纳秒发光跃迁是由高的无辐射跃迁几率导致的快发光衰减。     

Yb,Ho:GdScO3晶体生长及光谱性能分析

采用提拉法生长出了尺寸为?30 mm×50 mm的Yb, Ho∶GdScO₃晶体。通过X射线衍射得到了晶体的粉末衍射数据，使用GSAS软件进行了全谱拟合，得到了晶体的结构参数。测试了晶体的拉曼光谱，在100～700 cm^-1观察到18个拉曼振动峰。对Yb, Ho∶GdScO₃晶体的光谱特性进行了表征，并计算了Yb³⁺的吸收截面，其在940、975 nm处的吸收截面分别为0.31×10^-20、0.42×10^-20 cm²。采用Judd-Ofelt理论计算了Ho³⁺的跃迁强度参量Ω_t,Ω₄/Ω₆值为2.04,并计算了辐射跃迁概率、能级寿命及荧光分支比等光谱参数。结果表明，Yb, Ho∶GdScO₃晶体的发光性能良好，是一种有前景的2～3μm激光晶体候选材料。     

农地城市流转福利优化的动态分析

以动态最优化理论为基础,通过建立理论模型研究农民福利最优和总体福利最优的农地城市流转数量和时间路径,并得出以下结论.为做到长期可持续农地城市流转,首先,必须给予农民足额的补偿,该补偿既包括农地的经济收益,也包括其非经济收益;其次,要使农民对土地的权利在流转过程中得到充分体现,增加农民和农民集体讨价还价的权利;再次,促使政府在流转决策中以农地的总体福利改进为决策目标,而不仅仅是用途转换带来的巨大经济价值;最后,在补偿的政策措施上,可灵活使用补偿基数和补偿增长速度这两个指标来进行福利补偿调控.     

从头计算法计算Yb3+掺杂钽酸盐的晶体场参数和能级结构

介绍了一种基于从头计算的DV-Xα方法和有效哈密顿量模型,它可以计算晶体中掺杂离子的晶体场参数和旋轨耦合参数,尤其适合计算低对称性的晶体.对于低对称性的晶体,参数的数目比能级的数目多,因此通过实验能级拟合确定所有的参数不太准确,而从头计算法可以准确地确定所有的晶体场参数和旋轨耦合参数.首先用这种模型计算了Yb3+掺杂GdTaO4晶体中的晶体场参数和旋轨耦合参数,然后给出了Yb3+在GdTaO4中的能级结构,并分析了Yb3+:GdTaO4的发射谱形成一个连续的发射带.这有利于激光的调谐和锁模激光输出,预言了Yb3+:GdTaO4有望成为新型全固态超短脉冲激光工作物质.同样用这种模型分别计算了Yb3+掺杂YTaO4和ScTaO4中的晶体场参数和旋轨耦合参数,并给出了Yb3+在YTaO4和ScTaO4中的能级结构,得到了与Yb3+:GdTaO4晶体类似的结论.     

Structural analysis and crystal-field calculations of Nd^3＋ in Gdx Lu1-x TaO4（x = 0.85） polycrytalline

The crystal structural parameters of Nd 3+-doped rare earth orthotantalate Gd x Lu 1 x TaO 4(x = 0.85) are determined by applying the Rietveld refinement to its X-ray diffraction,and its emission and excitation spectra at 77 K are analysed.The relativistic model of ab initio self-consistent DV-Xα method,which is applied to the cluster NdO 8 in Gd x Lu 1 x TaO 4,and the effective Hamiltonian model are used to investigate its spin-orbit and crystal-field parameters.The free-ions and crystal-field parameters are fitted to the experimental energy levels at 77 K with a root-mean-square deviation of 14.92 cm 1.According to the crystal-field calculations,96 levels of Nd 3+ are assigned.Finally,the fitting results of free-ions and crystal-field parameters are compared with those already reported for Nd 3+:YAlO 3.The results indicate that the free-ion parameters are similar to those of the Nd3+ in Gdx Lu1-x TaO4 and YAlO 3 hosts,and the crystal-field interaction of Nd3+ in Gdx Lu1-x TaO4 is stronger than that in YAlO 3.     

Nd3+掺杂GdTaO4的吸收光谱分析和晶场计算

采用提拉法生长出了钕掺杂钽酸钆重闪烁单斜激光晶体(Nd³⁺:GdTaO₄). 分别测试了该晶体a向、b向和c向的吸收光谱(波段为260-2000 nm), 对其中Nd³⁺ 的实验能级进行了分析指认. 确定了Nd³⁺:GdTaO₄的102个实验Stark能级, 拟合了其自由离子参数和晶体场参数, 均方根误差(拟合精度) σ 为12.66 cm^-1. 并将拟合得到的Nd³⁺:GdTaO₄实验结果与文献中已报道的Nd³⁺:Gd_xLu_1-xTaO₄ (x=0.85)的自由离子参数和晶体场参数进行了比较. 结果表明, 参数化Stark能级的拟合结果与实验光谱符合得较好.     

Nd3+:GdScO3晶体场能级及拟合分析

采用提拉法生长出了钕掺杂钪酸钆晶体(Nd³⁺:GdScO₃),通过低温吸收光谱和室温发射光谱,对其中Nd³⁺的实验能级进行分析指认,确定了Nd³⁺:GdScO₃的66个实验Stark能级,拟合了其自由离子参数和晶体场参数,拟合均方根误差为13.17 cm^-1.与Nd³⁺:YAP和Nd³⁺:YAG相比, Nd³⁺:GdScO₃的晶场强度较弱.弱的晶体场强度有可能是Nd³⁺:GdScO₃晶体具有优良激光特性的原因之一.本文数据集可在https://www.doi.org/10.57760/sciencedb.15702中访问获取.