稀土掺杂固体发光材料的光谱分析

光谱分析是评价稀土发光材料光谱性质的主要依据,Judd-Ofelt(J-O)理论是光谱分析的基础。详述了采用J-O模型拟合三个强度参量和估算一些重要辐射参量的操作细节,讨论了相关公式的合理应用,总结了计算中误差的主要来源,并推荐了一种通过低温实验获得较可靠光谱参量的途径。建议采用透射光谱数据计算实验跃迁振子强度,吸收系数和吸收截面的计算应该扣除光反射、散射和基质本身吸收的影响,平均波数和平均波长的取值须考虑线形因子。并建议通过发射光谱的实测线形计算各波长的发射截面。由于J-O模型涉及许多近似和假设,计算结果误差较大,可能导致结果不可靠。通过分析指出,采用低温下测得的能级寿命和荧光分支比进行相关参量的估算可获得较可靠、较有意义的结果。     

透明光学树脂中Eu3+辐射参数的理论和实验研究

报道了一种新合成的含三元稀土配合物的透明光学树脂材料的辐射特性的研究。基于J-O参数理论,利用含稀土配合物Eu(TTA)3phen-0.31wt%的光学树脂的发射荧光光谱,计算了Eu3 在光学树脂基质中的J-O参数Ω2=10.139 4×10-20cm2,Ω4=3.810 9×10-20cm2,Ω6=9.050 7×10-20cm2。利用得到的J-O参数可以计算光学树脂中Eu3 的跃迁振子强度fcal,5D0激发态的辐射跃迁概率A(456.6 s-1)、辐射寿命τ(2 190.1μs),还计算了光学树脂中Eu3 的跃迁5D0→7FJ′(其中J′=1,2,4,6)的发射截面σ、荧光分支比β。通过分析计算得到的J-O参数可知,光学树脂中Eu3 的5D0亚稳态的寿命较长,跃迁5D0→7F2的发射截面最大,说明含稀土配合物的光学树脂具有作光放大或激光材料的潜在性。     

稀土离子谱带强度的Judd-Ofelt理论的研究

本文对Judd-Ofelt光谱分析理论（J-O理论）的发展和应用进行了综述．J—O理论用于分析固体中的稀土离子的吸收、发射光谱，可计算它们的跃迁几率、谱线强度、能级寿命、发射截面等．     

不同Tm3+浓度掺杂碲酸盐玻璃光谱性质研究

制备了70TeO2-20WO3-10ZnO-xTm2O3系统玻璃,根据所测玻璃的吸收光谱,应用Judd-Ofelt(J-O)理论计算出Tm3+离子在碲酸盐玻璃的J-O强度参数、Tm3+在玻璃中的自发辐射概率A、荧光分支比β及荧光辐射寿命τR等各项光谱参数.测定了玻璃的荧光光谱,并计算了Tm3+在碲酸盐玻璃中的荧光有效线宽、峰值受激发射截面.比较了Tm3+在不同掺杂浓度下的光谱特性,认为当Tm2O3掺杂浓度达到0.8wt%-1wt%时,所获得的荧光强度与荧光线宽达到最佳值,掺Tm3+碲酸盐玻璃是一种理想的S波段宽带光纤放大器用基质材料.     

Cd3Al2Si3O12玻璃中Er3+的光学跃迁

根据Judd-Ofelt理论,利用镉铝硅酸盐玻璃中E,+的吸收光谱,计算了实验与理论振子强度,用最小二乘法拟合实验与理论振子强度得到了三个J-O强度参数Ω2,Ω4,Ω6.并由此计算了Er3+在不同能级之间的自发辐射系数A、辐射寿命ι、荧光分支比β以及积分发射截面∑.根据这些参数分析认为掺铒镉铝硅酸盐玻璃可能实现近红外激光输出.     

不同Tm3＋浓度掺杂碲酸盐玻璃光谱性质研究

制备了70TeO₂-20WO₂-10ZnO-xTm₂O₃系统玻璃，根据所测玻璃的吸收光谱，应用Judd-Ofelt(J-O)理论计算出Tm^3＋离子在碲酸盐玻璃的J-O强度参数、Tm^3＋在玻璃中的自发辐射概率A、荧光分支比β及荧光辐射寿命 τ_R 等各项光谱参数.测定了玻璃的荧光光谱，并计算了Tm^3＋在碲酸盐玻璃中的荧光有效线宽、峰值受激发射截 面.比较了Tm^3＋在不同掺杂浓度下的光谱特性，认为当Tm₂O₃掺杂浓度达到 0.8wt％—1wt%时，所获得的荧光强度与荧光线宽达到最佳值，掺Tm^3＋ 碲酸盐玻璃是一种理想的S波段宽带光纤放大器用基质材料. 关键词： 碲酸盐玻璃 宽带光纤放大器 荧光线宽 荧光峰值发射截面     

YNbO_4粉末材料中Er~(3+)发光研究及其光谱性质J-O计算

为了研究Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂YNb O4粉末材料上转换发光特性,采用J-O理论计算了该材料的光谱性质。根据吸收谱各吸收峰面积拟合出谱线强度参数,并根据谱线强度参数计算出理论振子强度和实验振子强度,得到两者均方差为δrms=3.916×10-7。计算了YNb O4粉末材料中Er~(3+)粒子的跃迁几率、跃迁分支比及能级寿命等参数,并计算得到了Er~(3+)离子从能级2H11/2、4S3/2和4F9/2到基态辐射跃迁的受激发射截面。研究结果表明YNb O4材料是一种优良的上转换基质材料。     

树脂型光刻胶薄膜中Eu~(3+)的辐射跃迁特性

合成了稀土配合物Eu(TTFA)3(TTFA,2-thenoyltfifluoroacetone)掺杂的树脂型光刻胶薄膜,测定了薄膜的激发光谱和发射光谱.根据Judd-Ofelt理论,由发射光谱获得了Eu3+在光刻胶薄膜中的J-O参数Ω2=24.4×10-20cm2,Ω4=2.8×10-20cm2.利用得到的J-O参数计算了光刻胶薄膜中5D0激发态的辐射跃迁概率(977 s-1)和辐射寿命(1.02 ms),同时导出了光刻胶薄膜中Eu3+的5D0→FJ(J=1,2,4)跃迁的受激发射截面σ和荧光分支比β.分析表明,Eu3+掺杂的光刻胶薄膜具有较长的亚稳态寿命以及较大的受激发射截面,是一种主动放大的光波导薄膜.其发射波长与光刻胶的低吸收损耗区很好地匹配,可用于研发聚合物光波导放大器和激光器.     

Yb~(3+)和Er~(3+)共掺杂氟硼酸盐玻璃材料光学跃迁及红外到可见上转换

利用 J-O理论和吸收光谱实验数据计算了 Er3 +掺杂的氟硼酸盐玻璃材料的光学跃迁参数 ,从而得到了一些能级间跃迁的振子强度、跃迁几率、分支比、及寿命等数据。在室温下观察到了在 970 nm LD激发下红色和绿色上转换发光 ,讨论了红色上转换发光强度与 LD电流的关系。     

Ga2O3组分对Tm 3+掺杂GeO2-Ga2O3-Li2O-BaO-La2O3玻璃的光谱性能影响

制备了Tm3 (8.0mol%)掺杂(77-x)GeO2-xGa2O3-8Li2O-10BaO-5La2O3(x=4,8,12,16)系列玻璃.系统地研究了Ga2O3从4mol%变化到16mol%时,玻璃的光谱性质与热学性质的变化规律.差热分析表明,随着Ga2O3含量的增加,锗酸盐玻璃的热稳定性增加.运用Judd-Ofelt(J-O)理论计算得到了Tm3 在不同Ga203含量的GeO2-Ga2O3-Li2O-BaO-La2O3玻璃中的J-O强度参数(Ω2,Ω4,Ω6)及Tm3 各激发能级的自发跃迁概率、荧光分支比以及辐射寿命等光谱参量.在808nm激光二极管的激发下,测试并分析了Ga2O3对Tm3 荧光光谱特性的影响.随着Ga2O3从4t001%增加到16mol%,Tm3 在1.8μm处的荧光强度呈现先减弱后增强的特性.当Ga2O3含量大约在12mol%时,Tm3 在1.8μm处的荧光强度最弱,受激发射截面达到最小.还初步讨论了Ga2O3对玻璃结构与光谱参数的影响规律.     

Sm3+掺杂稀土硼酸盐玻璃的光谱参数计算和荧光光谱分析

制备了具有高效可见荧光发射的Sm3 掺杂稀土硼酸盐(LBLB)玻璃,对玻璃的吸收和荧光光谱展开了测试与分析.根据Judd-Ofelt理论对吸收光谱进行了拟合,求得Sm3 离子的晶场调节参数Ωt=(2,4,6)分别为6.81×10-20,4.43×10-20和2.58×10-20 cm2,并进一步计算出各能级跃迁的谱线强度、自发辐射跃迁概率、辐射寿命和荧光分支比等光谱参数.紫外光激发下,Sm3 掺杂LBLB玻璃发出明亮的橙红色光.激发光谱表明,氩离子激光器是Sm3 掺杂LBLB玻璃有效的激发光源.     

Tm3+掺杂SiO2-Al2O3-PbF2-AlF3玻璃的光谱特性

用高温熔融法制备了不同Tm3 摩尔分数掺杂的摩尔分数比为0.3(SiO2)…0.1(Al2O3)…0.1(AlF3)…0.5(PbF2)…x(Tm2O3)(摩尔分数x=0.5%,1.0%,2.0%,3.0%)玻璃。从吸收光谱特性出发,应用Judd-Ofelt理论,计算得到了Tm3 的J-O强度参量(Ω2,Ω4,Ω6)及Tm3 各激发能级的自发辐射跃迁概率、荧光分支比以及辐射寿命等光谱参量。在808nm波长的激光二极管激发下,研究了不同Tm3 掺杂摩尔分数下玻璃在约1.47μm与约1.8μm处的荧光特性,在掺杂摩尔分数约达到2.0%时,在1.8μm处的荧光强度达最大,然后随着掺杂摩尔分数的增大,其荧光强度反而降低。作者从Tm3 的交叉弛豫与摩尔分数猝灭效应解释了这一荧光强度变化的规律,同时,根据McCumber理论计算了Tm3 跃迁3H6→3F4的吸收截面和跃迁3F4→3H6的受激发射截面。     

宽带光放大器用掺Er3+碲钨酸盐玻璃

制备了掺Er^3 的TeO2-WO3-ZnO-ZnF2(TWZOF)玻璃,测量了Er^3 在玻璃中的吸收光谱和970nm激光二极管激发下的荧光光谱和荧光寿命,分别采用J-O理论和McCumber理论计算了Er^3 离子的J-O强度参量Ωt(t=2,4,6)和其1．5μm发射的吸收截面和发射截面,研究了其荧光强度、荧光寿命和发射带宽与ZnF2含量的关系。结果表明,Er^3 在TWZOF玻璃中具有较大的1．5μm发射截面,其峰值发射截面为0．86pm^2;同时,Er^3 在TWZOF玻璃中具有很大的1．5μm发射带宽,所得半峰全宽在68～83nm之间;Er^3 在TWZOF玻璃中还具有较小的Ω2值和较大的Ω6值,且随ZnF2含量的增加,Ω2和Ω4均增大;Er^3 离子1．5μm发射峰值荧光强度和荧光寿命总体也随ZnF2含量的增加而增加。     

自受激拉曼晶体Nd3+:SrMoO4的光谱性质研究

通过拉曼散射光谱，吸收光谱，荧光发射寿命和808 nm LD激发下的红外荧光光谱的实验测量，系统研究了Nd³⁺:SrMoO₄晶体的自受激拉曼光谱性质.分析指认了拉曼散射光谱中各拉曼峰所对应的晶格振动模式，得出了其SRS活性最强的声子频率约为898 cm^-1，对应于(MoO^2-₄)离子团的完全对称光学伸缩振动A_g模；通过J-O理论对晶体的吸收谱进行了全面的光谱参数计算，得出⁴F_3/2→⁴I_11/2跃迁的积分发射截面达0.57×10^-18 cm²，自发辐射概率为141.06 s^-1；同时，实验测得该跃迁的荧光发射寿命约为0.2 ms.最后，结合808 nm LD激发下的红外波段荧光光谱，论证了SrMoO₄晶体中Nd³⁺离子1068 nm发射通过拉曼频移获得1180 nm一级斯托克斯激光发射的可能性，为Nd³⁺:SrMoO₄晶体的自受激拉曼激光器研究提供了理论依据. 关键词： 3+离子')" href="#">d³⁺离子 4 晶体')" href="#">SrMoO₄ 晶体 自受激拉曼散射     

Ho3+掺杂GeO2-Ga2O3-Li2O-BaO-La2O3玻璃的光谱和增益特性的计算

用高温熔融法制备了不同Ho3+浓度掺杂的65GeO2-12Ga2O3-8Li2O-10BaO-5La2O3-χHo2O3锗酸盐玻璃.从吸收光谱出发,应用Judd-Ofelt理论,获得了Ho3+离子的跃迁强度参量（Ω2,Ω4,Ω6）,并由此计算了Ho3+离子的自发辐射跃迁几率A,荧光分支比β,辐射能级寿命τ等光谱参量.根据McCumber理论,计算了Ho3+离子能级5I8→5I7（2.0 μm）跃迁的吸收截面和受激发射截面,同时也获得了相应的反映粒子数反转的增益截面光谱.钬掺杂的锗酸盐玻璃,其增益截面的最大值比所报道的氟锆铝酸盐玻璃大.结果表明,Ho3+掺杂的锗酸盐玻璃在2.0 μm附近波段的中红外激光器中将有一定的应用前景.     

掺Er^3＋离子Sr3Y2（BO3）4晶体光谱性能的研究

研究了提拉法生长的掺Er^3＋的Sr3Y2（BO3）4晶体的吸收光谱和荧光光谱。应用J—O理论分析并计算了光谱参数,得到唯象参数Ω2、Ω4和Ω6分别为11．90×10^-20cm^2、3．44×10^-20cm^2和1．92×10^-20cm^2。在Er^3＋：Sr3Y2（BO3）4晶体中,Er^3＋在1533nm波长的发射截面为1．00×10^-20cm^2,^4I13／2→^I15／2能级跃迁的荧光寿命和辐射寿命分别为0．58ms和4．10ms,良好的光谱性能表明Er^3＋：Sr3Y2（BO3）4晶体可能成为潜在的1．55μm波段的一种激光材料。     

Pr3+离子在氟化物玻璃中的光跃迁的计算与分析

测量了Pr(0.5):ZBLAN非晶的吸收光谱,由此利用Judd-Ofelt理论计算了Pr3 离子在材料中的光谱跃迁强度参量,讨论Judd-Ofelt理论在计算Pr3 离子的强度参数时存在的问题.从所得到的强度参数计算预言了此材料中Pr3 离子的各能级之间的自发辐射跃迁速率、荧光分支比和积分发射截面,由所得结果讨论了该材料作为激光材料的前景及可能存在的光子雪崩上转换机制.     

镱铒共掺硼硅酸盐玻璃可见光波段扎得-奥菲而特理论分析

采用高温烧结工艺制备了多种掺杂浓度的掺铒硼硅酸盐玻璃、镱铒共掺硼硅酸盐玻璃样品.依据扎得-奥菲而特(Judd-Ofelt,J-O)理论计算了三价铒离子扎得-奥菲而特强度参量Ωk(k=2,4,6)和自发辐射寿命、自发辐射跃迁几率、荧光分支比、谱线强度等参量.用麦克库玻(McCumber)理论分析了镱铒共掺硼硅酸盐玻璃铒离子上转换红光(4F9/2→I15/2)、绿光(2>H11/2→I15/2)的受激发射截面.结果表明,随着掺铒硼硅酸盐玻璃中铒离子浓度的增加,扎得-奥菲而特参量Ω2变小;镱铒共掺硼硅酸盐玻璃的Ω2则随掺镱浓度的提高而增大,且高于已有的硅酸盐、氟化物、铋酸盐玻璃的相应值,同时上转换红光和绿光的受激发射截面略有增加.