Cr4+,Nd3+:YAG自调Q激光透明陶瓷的光谱性质

以高纯α-Al2O3、Y2O3、Nd2O3和Cr2O3粉体为原料,CaO为电荷补偿剂,正硅酸乙酯(TEOS)为烧结助剂,采用固相反应法和真空烧结技术成功制备了高质量的Cr4 ,Nd3 :YAG透明陶瓷.研究了其在室温下的吸收光谱和发射光谱性质,O.1%Cr,1.0%Nd:YAG(Cr,Nd为摩尔分数,下同)透明陶瓷在808 nm处的吸收截面为4.27×10-20 cm2,1 064 nm处的发射截面和荧光寿命分别为1.52×10-20 cm2和206μs.由Cr4 ,Nd3 :YAG透明陶瓷的吸收和发射光谱计算出的吸收和发射截面,进一步估算了材料的激光性能参数,并对其激光性能进行理论预测.Cr,Nd:YAG透明陶瓷很可能是一种具有潜力的自调Q激光材料.     

Yb：YAG晶体的制备与光谱特性

用引上法生长Ｙｂ：ＹＡＧ晶体，确定了合适的退火工艺，研究了Ｙｂ：ＹＡＧ晶体中Ｙｂ＾３＋的光谱性能双及晶体缺陷对Ｙｂ＾２＋光谱性能的影响。     

Tm：YAG晶体的光谱及激光特性研究

测试了Ｔｍ：ＹＡＧ晶体的室温吸收光谱和荧光光谱，计算了各吸收谱线的振子强度，并根据Ｊｕｄｄ－Ｏｆｅｌｔ理论了Ｔｍ：ＹＡＧ晶体的荧光跃迁截面和荧光寿命，用红宝石激光泵浦时，获得了波长２．０１μｍ能量４０ｍＪ的激光脉冲。     

Yb∶YAG晶体的荧光特性研究

测量了不同掺杂浓度Yb∶YAG晶体氧化和还原气氛退火前后的色心吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命 研究了色心对Yb∶YAG晶体的荧光强度和荧光寿命的影响 结果表明 ,只有当Yb的掺杂浓度大于 10at.%时 ,色心吸收的加强对发光强度和荧光寿命有明显猝灭作用     

Yb∶YAG晶体的荧光特性研究

测量了不同掺杂浓度Yb∶YAG晶体氧化和还原气氛退火前后的色心吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命.研究了色心对Yb∶YAG晶体的荧光强度和荧光寿命的影响.结果表明,只有当Yb的掺杂浓度大于10 at.%时,色心吸收的加强对发光强度和荧光寿命有明显猝灭作用.     

Tm∶YAG晶体的光谱及激光特性研究

测试了Ｔｍ∶ＹＡＧ晶体的室温吸收光谱和荧光光谱，计算了各吸收谱线的振子强度，并根据Ｊｕｄｄ－Ｏｆｅｌｔ理论计算了Ｔｍ∶ＹＡＧ晶体的荧光跃迁截面和荧光寿命。用红宝石激光泵浦时，获得了波长２．０１μｍ、能量４０ｍＪ的激光脉冲。     

YAG∶Cr3+ 晶体精细光谱结构研究

采用不同的晶体畸变模型，利用CDM(complete diagonalization method)方法对YAG∶Cr3+ 晶体的EPR参量进行了系统研究.通过计算结果对晶格畸变模型进行了分析.结果表明,在三角对称下，对杂质离子电荷与中心离子电荷相等的情况，不适合用杂质离子沿C3轴位移的模型来研究晶体的局域结构，而且由于基态和第一激发态的零场分裂都对局域结构微变非常敏感，因此仅由基态零场分裂来确定晶格局域结构是不可靠的.同时结果表明，Cr3+ 离子进入YAG晶体后，产生了Δθ=1.88°的三角畸变.从而成功统一地解释了YAG∶Cr3+ 晶体的EPR参量和精细光谱结构.     

Cr~(4+),Nd~(3+)∶YAG自调Q激光透明陶瓷的光谱性质

以高纯α-Al2O3、Y2O3、Nd2O3和Cr2O3粉体为原料,CaO为电荷补偿剂,正硅酸乙酯(TEOS)为烧结助剂,采用固相反应法和真空烧结技术成功制备了高质量的Cr4 ,Nd3 ∶YAG透明陶瓷。研究了其在室温下的吸收光谱和发射光谱性质,0.1%Cr,1.0%Nd∶YAG(Cr,Nd为摩尔分数,下同)透明陶瓷在808nm处的吸收截面为4.27×10-20cm2,1064nm处的发射截面和荧光寿命分别为1.52×10-20cm2和206μs。由Cr4 ,Nd3 ∶YAG透明陶瓷的吸收和发射光谱计算出的吸收和发射截面,进一步估算了材料的激光性能参数,并对其激光性能进行理论预测。Cr,Nd∶YAG透明陶瓷很可能是一种具有潜力的自调Q激光材料。     

Cr4+∶YAG晶体的激发态吸收研究

对Cr4 + ∶YAG晶体作为 10 6 4nm激光的可饱和吸收体进行了研究。利用速率方程 ,描述了强激光下晶体的激发态吸收 (ESA)的动力学过程。用实验验证了所导出的光强与透过率的理论曲线 ,并因此论证了可以利用晶体的激发态吸收进行激光调Q ,并对其进行优化。     

Yb：YAG晶体的光谱和激光性能

研究了Ｙｂ：ＹＡＧ晶体的光谱特性,通过不同掺杂深度的Ｙｂ：ＹＡＧ晶体的荧光寿命的测定,确定了Ｙｂ＾３＋在Ｙｂ：ＹＡＧ晶体的最佳掺杂浓度,用合作上转换机制解释了高浓度掺杂时的荧光浓度猝灭效应,研究了掺杂原子分数为０．２的晶体微片的激光性能。     

Yb:YAG及Cr,Yb:YAG晶体的发光特性

研究了室温下YbYAG的上转换荧光光谱,此荧光归因于Yb3+离子的"合作"发光和Yb3+离子到稀土杂质离子的能量转移.测试了YbYAG晶体的X射线荧光,发光峰对应于电荷迁移态到Yb3+离子的基态、激光态间的跃迁.研究了Cr,YbYAG晶体的荧光光谱,讨论了Cr4+激光输出的可能性.     

Yb3+-Tm3+共掺钨钼酸盐纳米晶体的发光特性

以聚乙二醇为络合剂,采用水热法制备了发光性能优越的Yb3+-Tm3+共掺BaGd2(WO4)0.5(MoO4)0.5纳米晶体。改变稀土掺杂量并生产不同掺杂量的BaGd2(WO4)0.5(MoO4)0.5∶Yb3+/Tm3+。以X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)对样品进行表征。结果表明,BaGd2(WO4)0.5-(MoO4)0.5∶Yb3+/Tm3+纳米晶属四方晶系,粒径在25~40nm之间,使用Hitachif-4500分光光度计分析样品,发现当Yb3+/Tm3+为4∶1、Yb3+离子浓度为6.0%时,BaGd2(WO4)0.5(MoO4)0.5∶Yb3+/Tm3+的发光效率最高。当Tm3+离子发生1G4→3H6跃迁时会产生可见光发射,对应于光谱图中475nm处的蓝光;当Tm3+离子发生1G4→3F4跃迁时产生的可见光发射,对应于光谱图中650nm处的红光。光谱图像及泵浦功率的双对数曲线表明,其中蓝光发射是三光子发射过程,红光发射是双光子发射过程。样品的量子产率接近0.9%。Yb3+-Tm3+共掺BaGd2(WO4)0.5(MoO4)0.5纳米晶体的发光性能优异,具有很高的应用价值。     

共沉淀法制备NaYF4 : Tm3+,Yb3+的上转换发光

通过共沉淀法制备Tm³⁺和Yb³⁺掺杂的NaYF₄上转换发光材料。其中Tm³⁺和Yb³⁺的摩尔分数分别为0.01%,0.1%。在室温下测试了NaYF₄ : Tm³⁺,Yb³⁺材料在300~1 100 nm的吸收光谱。利用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)测试了合成材料的物相结构和微观形貌。结果表明:NaYF₄ : Tm³⁺,Yb³⁺材料为六方相晶体,其颗粒大小约为50~60 nm,产物结晶良好,含有少量杂相。在798 nm近红外光激发下,测试了样品的上转换发光光谱。观察到了蓝、绿色上转换发光。讨论了上转换发光的可能机理,蓝光主要来源于Tm³⁺的激发态¹G₄到基态³H₆的跃迁,绿光来源于Tm³⁺的¹D₂→³H₅跃迁。     

Nd~(3+)/Yb~(3+)掺杂YNbO_4粉末上转换发光特性

采用高温固相法,以50Nb_2O_5-40Y2O_3-2Nd2O_3-8Yb_2O_3的量比在1 300℃下制备Nd~(3+)/Yb~(3+)掺杂YNbO_4粉末样品。运用Judd-Ofelt理论研究样品光谱特性。由吸收谱中各吸收峰面积计算得到谱线强度参数Ωλ(λ=2,4,6),进而得出理论振子强度及实验振子强度,二者均方根偏差δ_(rms)=1.618×10-7。计算了Nd~(3+)能级4F3/2→4IJ'(J'=15/2,13/2,11/2,9/2)跃迁几率、跃迁分支比和能级寿命。4F3/2→4I11/2跃迁分支比最高(56.91%),对应波长1 062 nm。且亚稳态4F3/2能级寿命较长,为1.435 2 ms,适合作为上转换中间能级。在980 nm半导体激光器激发下,观测到波长为487,541,662 nm上转换发光,分别对应于Nd~(3+)的2G9/2→4I9/2、4G7/2→4I9/2和4G7/2→4I13/2辐射跃迁。通过样品上转换发射功率与激光器工作电流进行的曲线拟合,得到吸收光子数目依次为2.06,1.99,2.15,确定3个发射峰均对应于双光子吸收。     

Study of the effects of Cr ions on Yb in Cr,Yb:YAG crystal

The absorption and fluorescence spectra of Cr,Yb:YAG crystal were measured. There are two absorption bands at 940 nm and 968 nm although the absorption coefficient is lower than that of the absorption peak of Yb:YAG superimposed in Cr:YAG absorption peak. The emission peak intensity is 4 times lower than that of Yb:YAG, which may be caused by the existence of the ground state absorption of Cr⁴⁺ which quenches the Yb³⁺ emission intensity. Although the emission peak of Cr,Yb:YAG is lower than that of Yb:YAG, there is an advantage of this crystal which combines the saturable absorber and gain medium into one and can be a self-Q switching laser crystal if Cr,Yb:YAG crystal is pumped with high energy power.     

YAG中Cr3+和Yb3+的发光特征以及Cr3+和Yb3+之间的能量传递过程

室温下观察了YAG:Cr³⁺,Yb³⁺材料在近红外区域的发光特性, 并通过对Cr³⁺:⁴T₂和Yb³⁺:²F_5/2能级辐射跃迁寿命以及它们布居时间的比较研究,提出了从Cr³⁺到Yb³⁺的能量传递机制,同时借助于能级图描述了从Cr³⁺到Yb³⁺的能量传递以及Cr³⁺和Yb³⁺的近红外发光过程。     

YLiF4:Er3+,Yb3+中敏化剂浓度对发光的影响

用水热法合成了YLiF4：Er^3＋,Yh^3＋,Er^3＋的浓度固定为2mol％,Yb^3＋浓度变化范围是0～7mol％。在这个浓度范围内,980nm附近的吸收随着Yb^3＋浓度的增大而增强。用980nm激发得到的上转换发光强度随Yb^3＋浓度的增大而增强。在Yb^3＋浓度低于6mol％时,上转换发光强度随Yb^3＋浓度的增大变化的比较缓慢,当Yb^3＋浓度超过6mol％时,上转换发光突然增强。以Yb^3＋浓度是2mol％的样品为代表,研究了Er^3＋对应红光、绿光发射的激发光谱,并测试了不同波长激发下的红光发射和绿光发射,证明红光发射是来源于^4F9/2→^2I15/2,绿光是来自^4S3/2→^2I15/2和^2H11/2→^2I15/2。它们的上转换过程都是双光子过程。     

ZBLAN玻璃中Nd3+,Tm3+,Yb3+的上转换发光特性

采用高温固相法制备了Nd,Tm和Yb掺杂的ZBLAN玻璃上转换材料.Tm3+,Yb3+的摩尔浓度分别固定为0.01%,0.3%,Nd3+摩尔浓度变化范围为0.1%～2%.在室温下,测试了样品在300～1 000nm间的吸收光谱.在798 nm近红外光激发下,测试了样品的上转换光谱.实验发现,样品在798 nm红外光激发下发出了较强的多波段(红,蓝和绿)的可见光.由上转换可见光各波段的发射谱线,给出了能级跃迁机制.蓝光主要来源于Tm3+的激发态1G4到基态3H6的跃迁,绿光来源于Nd3+的2H7/2到基态4I9/2的跃迁,红光来源于Nd3+的2H11/2到基态4i9/2的跃迁.研究发现,在Nd3+,Tm3+,Yb3+:ZBLAN玻璃样品中存在激发态吸收,能最转移和交叉弛豫等上转换过程.其发光机理是Nd3+,TM3+和Yb3+离子之间的能量转移.根据Nd3+摩尔浓度不同其上转换发光强度不同,分析了掺入稀土的浓度对上转换发光效率的影响.当Nd3+浓度为1.5%(摩尔分数)时上转换发光最强,大于1.5%后发光开始减弱.     

Cr3+:GdAl3(BO3)4晶体生长和光谱特性的研究

采用顶部籽晶法从K2 Mo3 O10 B2 O3 助熔剂体系生长出尺寸为 30mm的Cr3 :GAB晶体 ,吸收谱测试表明 :Cr3 离子在晶体中有两个宽且强的吸收带及一个微弱的吸收线 ,两宽带中心的波长为 4 2 0和 5 95nm ,对应于 4A2 →4T1和4A2 →4T2 两个具有相同的总自旋能级之间的跃迁 ,在4A2 →4T2 吸收宽带的长波边缘处有个很小的吸收峰 ,其波长为 6 81nm ,对应于 4A2 → 2 E(R线 )的跃迁。荧光测试表明 :Cr3 :GdAl3 (BO3 ) 4(CGAB)晶体荧光宽带和一个较弱的荧光线峰并存 ,宽带范围为 6 5 0～ 85 0nm ,峰值波长为 72 3nm ,对应于4T2 → 2 E ,4A2 的联合能级跃迁 ,荧光线峰波长约为 70 0nm ,其强度较弱。计算了晶场强度和Racah参数 ,其中Dq/B =2 371,晶体属于中阶场介质。研究表明 ,CGAB晶体具备可调谐激光晶体的基本光谱要求 ,且有良好的物化性能 ,可以实现宽频带可调谐激光输出。它又具有较大的倍频系数 ,有望实现 35 0nm附近紫外的自倍频激光输出。     

Er3+/Yb3+共掺KLaF4纳米晶的制备和上转换发光

用水热法成功制备了Er3+/Yb3+共掺不同浓度比的KLaF4纳米晶,并在300℃氩气气氛下退火。利用X射线衍射谱(XRD)、透射电子显微镜(TEM)对样品的晶体结构和形貌进行了表征。测量了样品漫反射谱、980 nm激发下的上转换发射光谱和2H11/2能级的荧光寿命。研究结果表明:制备得到的样品为六方相的纳米棒,退火后纳米棒平均直径为28 nm,长为130 nm;在Er3+浓度一定的情况下,提高Yb3+掺杂量有利于增强973 nm附近光的吸收;980 nm的近红外光可上转换为较强的绿光和红光,且红绿光强度和2H11/2能级的平均荧光寿命均会随着Yb3+掺杂浓度的增加而下降。