(Y0.99-xCe0.01Gdx)3Al5O12-Al2O3共晶的生长和性能研究

采用光学浮区法生长了质量较好(Y0.99-xCe0.01Gdx)3Al5O12-Al2O3共晶,直径约为7 mm,长度约为25 mm.通过XRD分析,结果表明共晶中只有Al2O3和YAG两种晶相;通过SEM观察表明,两种晶相在三维空间交错生长,形成自生互穿网络结构,共晶间距为10 μm左右.在室温下,进行了发射光谱和荧光寿命的测试,发现随着Gd3+浓度的增加,发射光谱发生了红移,最大发射波长从555 nm移至570 nm,荧光寿命为65 ns附近,并测试了共晶荧光体与大功率蓝光芯片匹配所得的光色性能.     

区熔法制备Al2O3/MgAl2O4共晶陶瓷

利用感应区熔法制备了Al2O3/MgAl2O4共晶陶瓷.当坩埚壁温为2150℃、行走速度为5 mm/h时,获得了φ10 mm×104 mm表面光滑的圆棒.结果表明共晶陶瓷由Al2O3相和MgAl2O4相组成,分别按照(110)(311)晶面生长;Al2O3相为基体相,MgAl2O4相以非连续的片状均匀地分布在基体相之中.定向凝固共晶陶瓷的密度是理论值的99;;硬度和断裂韧性分别达到18.7 GPa和3.74 MPa·m1/2,约是预烧结体的2倍.气孔和界面非晶相的消失以及以单晶形态存在的Al2O3基体相,有效提高了材料的硬度和断裂韧性.     

Ce3+∶GdLu2Al5O12/Al2O3共晶微结构及其发光性能

稀土共晶闪烁体是通过定向凝固晶体生长技术,将具有不同折射率的两相制备成具有射线探测功能的共晶材料,其中含有激活离子的闪烁体相的折射率高于基质相。在高能射线辐照下,闪烁体相将入射高能射线转换成荧光,然后,荧光在闪烁体相和基底相的界面以全反射的形式实现定向输出,从而有效提高辐射探测成像的空间分辨率。本工作采用微下降法成功生长得到φ3 mm×117.0 mm 的1.0%(原子数分数)Ce∶GdLu₂Al₅O₁₂/Al₂O₃闪烁共晶样品。通过切割抛光加工得到φ3 mm×2.0 mm的共晶薄片,并将该共晶薄片进行微观结构、能谱分析和荧光性能等表征和测试,结果表明所得到的共晶样品由Ce∶GdLuAG和Al₂O₃两晶相构成,微观结构呈现出“中国结”结构,并在生长方向呈现出一定的有序排列。荧光光谱测试表明该共晶材料存在Gd³⁺-Ce³⁺间的能量传递,具有典型的Ce³⁺辐射跃迁,其中双宽峰发射峰最强位于560 nm。此外,根据生长速率对共晶样品发射峰强、峰位以及荧光寿命影响,优化出最佳下拉生长速率为4.0 mm/min。     

光学浮区法生长Si∶β-Ga2O3单晶及其光谱研究

采用浮区法生长了质量较好的Si∶β-Ga2O3单晶,直径约为8mm,长度约为2 cm.进行了X射线粉末衍射和X射线荧光分析,结果表明所得Si∶β-Ga2O3单晶属于单斜晶系,而且Si确实进入了β-Ga2O3格位中;在室温下测试了Si∶β-Ga2O3吸收光谱,吸收截止边约为255 nm,并分析了退火对吸收截止边的影响;测试了荧光发射谱,研究了不同激发波长对其紫外及紫色波段发光的影响.     

Eu2+掺杂的Sr10P6O24C12荧光粉的制备及性能

采用固相法制备了Sr10P6O24Cl2∶Eu2+荧光粉,确定了适用于Sr10P6O24Cl2∶Eu2+荧光粉制备的方法及工艺条件,并利用XRD、激发光谱和发射光谱等方法分析表征样品的结构和光学性能.研究了Eu2在基质中所占的格位以及Eu2+浓度对样品发光强度的影响.实验结果表明,原料在900～1100℃下烧结4h,制得了能够发射较好蓝光的Sr10P6O24Cl2∶Eu2+荧光粉.     

GdAlO3∶Tb3+-Al2O3有序共晶生长及其微结构研究

两相有序共晶材料由于具有不同折射率的两晶相呈现有序排列,可降低荧光在共晶材料内部的散射而实现导光功能,可被应用于高分辨探测成像器件中。本工作根据定向凝固原理,用微下降法生长技术制备得到了直径为3 mm的GdAlO₃∶Tb³⁺-Al₂O₃两相有序共晶。通过SEM和元素分析,探究了GdAlO₃∶Tb³⁺-Al₂O₃共晶内部的微结构,结果显示,所得共晶中GdAlO₃∶Tb³⁺晶相均匀有序地分布于基质Al₂O₃晶相中,GdAlO₃∶Tb³⁺晶相直径的大小受生长速率的影响,速率越快,直径越小。所制备得到的GdAlO₃∶Tb³⁺-Al₂O₃有序共晶在X射线辐照下发射出明亮的绿色荧光,并在GdAlO₃∶Tb³⁺晶相中定向传播,有望被用作X射线探测成像材料,提高探测器的空间分辨率。     

YAG: Ce3+,Pr3+荧光粉的制备和光谱特性研究

以稀土氧化物为原料,采用高温固相反应法合成了Ce3+,Pr3+共激活的钇铝石榴石蓝光转换材料.通过X射线粉末衍射和激发、发射光谱的测试进行表征,研究了掺杂Ce3+, Pr3+的钇铝石榴石荧光粉的晶体结构和光谱特性.结果表明:产物为立方晶系的钇铝石榴石结构,可被蓝光有效激发,并且通过Ce3+,Pr3+之间的能量传递激发镨离子发光,使荧光粉的红光成分有所增加,从而有望降低白光LED的色温,提高其显色指数.     

Al2O3/MgAl2O4共晶陶瓷定向凝固过程固液界面形貌的研究

采用有限元法计算模拟了Al2 O3/MgAl2 O4共晶陶瓷区域熔炼定向凝固过程固液界面形貌的演变,研究了熔区坩埚壁面温度、凝固速率对固液界面形貌的影响.结果表明,当熔区坩埚壁面温度从2090℃升至2290℃时,固液界面先由凸界面转为平界面,再转变为凹界面;固液界面前沿的温度梯度随之增大.当凝固速率从1×10-6 m/s升至1 x10-5s时,固液界面形貌无明显变化,而熔区长度有所增大.随着凝固过程的进行,熔区长度逐渐增大,凸固液界面的凸出高度逐渐变小.     

不同直径Cr:Al2O3圆柱晶体的制备及其光学性能研究

采用光学浮区法制备了不同Cr³⁺掺杂浓度的Cr∶Al₂O₃晶体,并根据需要制备了不同直径(2 mm至13 mm)的长度大于100 mm的圆柱状Cr∶Al₂O₃晶体。测量了在制备Cr∶Al₂O₃晶体不同阶段所获得的粉末料棒、陶瓷料棒和晶体的密度,分别为0.928、2.230和4.051 g/cm³。XRD图谱显示,Cr∶Al₂O₃晶体为α-Al₂O₃相。透射光谱表明,Cr∶Al₂O₃晶体可见光非特征吸收波段透过率大于80%。吸收光谱和光致激发光谱(监测669 nm光)均显示,Cr∶Al₂O₃晶体在418及559 nm处有较强吸收带,分别对应Cr³⁺从⁴A₂至⁴     

Ho3+掺杂Sc2SiO5激光晶体生长与光谱性能研究

采用提拉法分别生长了具有高光学质量的0.5at;和1.0at;的Ho∶ Sc2SiO5(Ho∶ SSO)激光晶体.研究表明晶体空间群为C2/c,晶胞参数为a=0.99723 nm,b=0.64261 nm,c=1.16843 nm,β=103.9°.Ho3+在SSO基质中的分凝系数为0.82.Ho∶ SSO晶体在2085nm处发射截面为1.12×10-20 cm2,发射光谱呈现一个1850～2150nm的宽发射带.当粒子数反转比率β=0.25时,增益截面σg即开始出现正增益.综合评估了晶体的激光性能,表明Ho∶SSO晶体是一种有潜力的2μm波段激光介质.     

MgAl2O4:Cr3+单晶光纤生长与荧光温度特性研究

采用激光加热基座法制备了0.5at;Cr3+掺杂镁铝尖晶石单晶光纤.通过XRD、荧光光谱、荧光寿命测试对所制备的单晶光纤的晶相、荧光温度特性进行了实验研究,结果表明所制备的MgAl2O4:Cr3+单晶光纤的主晶相为MgAl2O4晶相,镁铝尖晶石晶相结构并没有因Cr3+掺入而发生改变,在405nmLED激发下,随着温度升高MgAl2O4:Cr3+单晶光纤荧光强度下降,尤其是2E→4A2能级跃迁产生的荧光强度下降明显,同时随着温度的升高,MgAl2O4:Cr3+单晶光纤的荧光寿命随温度单调下降,系统荧光寿命从室温293K的7.74ms下降到723K的0.5ms左右.由于其相对较长的荧光寿命,MgAl2O4:Cr3+单晶光纤非常适合作为荧光温度敏感材料应用于荧光寿命型光纤温度传感器.     

近红外发射Lu2O3∶Mn4+荧光粉的制备及其发光特性

采用高温固态烧结方法制备了具有不同Mn4+离子掺杂浓度的Lu2O3∶x;Mn4+荧光粉.应用X射线衍射、荧光激发和发射光谱、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜和发光动力学测量等手段研究了该荧光粉的微结构和发光特性与掺杂浓度的关系.实验结果表明,Mn4离子可掺杂到Lu2O3基质晶格中,在252 nm激发下,可观察到位于695 nm和712 nm的近红外发射峰,其分别来源于Mn4+离子的2E→4A2和4T2→4 A2的跃迁.当Mn4+掺杂浓度为0.1;时,可获得最大的发光强度.通过优化热处理条件(在空气气氛、1400℃温度下热处理5h),可进一步提高Lu2O3∶0.1; Mn4+荧光粉的近红外发光强度和余辉性能.实验发现,经热处理的Lu2O3∶0.1; Mn4+样品中,Mn4+离子占据了Lu2O3基质中的S6和C2两种格位;具有较长寿命的近红外发光来自占据S6格位Mn4离子的贡献,而具有较短寿命的近红外发光则来自占据C2格位Mn4离子的贡献.实验表明,经高温热处理的近红外发射Lu2O3∶Mn4+材料余辉时间大于3 min,其在生物成像方面有潜在的应用前景.     

Nd3+:Sr3Ga2Ge4O14晶体的生长及吸收光谱

采用坩埚下降法生长了Nd3+掺杂浓度分别为15;、8;和2.5;原子分数的Sr3Ga2Ge4O14晶体,所得晶体最大尺寸为φ26mm×15mm.Nd3+掺杂Sr3Ga2Ge4O14晶体的特征吸收峰波长为806nm,与Nd3+离子在YAG中的特征吸收峰相比,向短波方向发生了微小的偏离.这是Sr3Ga2Ge4O14晶格中Ga3+和Ge4+的统计分布所致.Nd3+:SGG晶体的这些特性将有助于泵浦效率的提高和泵浦阈值的降低,因此Nd3+:SGG晶体有望成为一种新型的LD泵浦固体激光材料.     

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。     

Growth and Optical Properties of Doped LiTaO3 Single Crystals

Single crystals of lithium tantalate (LiTaO₃) doped with Pr, Nd + Yb and Tm were grown by the Czochralski method. A thermal system with 50 mm diameter iridium crucible and two different afterheaters (active and passive) was checked with respect to temperature distribution in a pulling region. The obtained crystals were up to 20 mm in diameter and up 50 mm in length. Crystals were poled, and the Curie temperature was determined for specimens cut of from different parts of single crystals. The polarized absorption spectra, time resolved emission spectra and emission lifetime of Pr³⁺ doped LiTaO₃ crystals were measured. An intense emission from the ³P₀ level was observed. Optical properties of the Yb³⁺ ions excited by energy transfer from Nd3+ ions have been researched for LiTaO₃:Nd, Yb crystals.     

Al2O3衬底上生长ZnO薄膜的结构和光学特性

用脉冲激光沉积法在Al2O3(0001)衬底上沉积了ZnO薄膜.衬底温度分别为300℃、400℃、500℃、600℃和700℃.利用X射线衍射(XRD)和光致发光谱(PL)对薄膜的结构和光学性能进行研究.X射线衍射的结果表明在不同温度下生长的ZnO薄膜均具有高度c轴择优取向,衬底温度400℃时,膜的应力较小质量较高.ZnO薄膜有很强的紫外发光峰,紫外发光峰的强度与衬底温度密切相关,并发现当衬底温度从300℃增到400℃时,紫外发射峰出现6nm的蓝移.     

Cr4+在Al2O3透明陶瓷中的发光行为

采用传统无压烧结工艺制备出透明性良好的掺Cr的Al2O3透明陶瓷;测定了其吸收光谱和荧光光谱,发现在Al2O3六配位的八面体结构中,除了有Cr3+离子的特征吸收峰外,由于有Mg2+的电荷补偿作用,也有Cr4+离子,Cr4+的荧光发射峰位于1223nm附近,与Cr4+在四面体中的发光行为一致.但其荧光发射峰较窄,半高宽△λ仅为37nm.     

Al2O3-ZrO2-YAG复相粉末的低温合成研究

用低温原位合成技术制备了Al2O3-ZrO2-YAG复相粉末,在1100℃,5h热处理后,Al-Zr-Y-O体系中的主相为ZrO2四方相,其余为无定形相,表明ZrO2抑制了Al2O3和YAG晶粒的生长,同时Al2O3和YAG抑制了ZrO2从四方相向单斜相的转变.在1580℃,1h热处理后,Al-Zr-Y-O体系中的复相组成为(115+90x)Al2O3+54(Y2O3)x·ZrO2+(32-36x)YAG,其中0 ≤x＜0.88(mol).