双温区热扩散掺杂Fe2+∶ZnSe激光晶体的制备及激光输出性能

本文以CVD ZnSe晶片为基质材料,以FeSe粉末为掺杂物,采用双温区热扩散掺杂技术获得了尺寸为Ø22 mm×4 mm的Fe²⁺∶ZnSe激光晶体。通过二次离子质谱(SIMS)测试该晶体样品表面铁离子浓度为3.43×10¹⁸ cm^-3,并通过X射线光电子能谱(XPS)分析了晶体样品中铁元素的离子价态。采用UV/Vis/NIR分光光度计和傅里叶红外光谱仪测试了Fe²⁺∶ZnSe激光晶体的透过谱图。测试结果显示,在3.0 μm处出现了明显的Fe²⁺吸收峰,峰值透过率为5.5%。以波长为2.93 μm的Cr, Er∶YAG激光器为泵浦源,温度77 K时抽运尺寸10 mm×10 mm×4 mm的 Fe²⁺∶ZnSe晶体,获得了能量为191 mJ、中心波长4.04 μm的中红外激光输出,光光转换效率13.84%。     

ZnSe和Cr∶ ZnSe单晶的温梯法制备及光学性能研究

采用温度梯度法(TGT)生长了直径为32 mm大尺寸ZnSe晶体.对生长出的ZnSe单晶进行了光学性能分析.采用磁控溅射方法在ZnSe晶体上镀铬膜,通过热扩散方法成功制备出中红外Cr∶ ZnSe激光晶体,并研究了Cr∶ZnSe晶体的光谱性能.吸收光谱测试观察到了Cr2+(3d4)取代四面体配位Zn2的5T2→5E能级的跃迁在1800nm的吸收带.77 K低温的光致发光光谱表明Cr∶ ZnSe晶体具有中心波长位于2.2 μm的宽谱带发射特征.     

KMgF3∶Sm2+∶Li+晶体的色心分析

利用提拉法多次生长了KMgF3∶Sm2+和KMgF3∶Sm2∶Li+晶体;在KMgF3∶Sm2晶体结构分析的基础上,通过测试和分析KMgF3∶Sm2+和KMgF3∶Sm2+∶Li+晶体的激发光谱、发射光谱以及衰减曲线,揭示了晶体的7 F0→5D0激发光谱中,680 ～ 682 nm范围内未被揭示的一个激发峰的产生机理.最后得出结论该激发峰是由Li+引起的HA色心,此结论通过355 nm紫外光照射对光谱的影响进一步得到了确认.     

Zn2+∶Yb3+∶LiNbO3晶体生长及光谱性能研究

采用提拉法成功生长了Zn2+(2mol;)单掺的同成分铌酸锂(Zn2+∶LiNbO3)晶体及Zn2+(6mol;)和Yb3+(1 mol;)双掺的同成分铌酸锂(Zn2∶Yb3+∶LiNbO3)晶体,晶体尺寸分别约为φ30 mm×40 mm和φ30 mm×50mm.测试了这两个晶体的XRD图谱并与标准图谱进行了比较.测量了Zn2∶LiNbO3和Zn2∶Yb3+∶LiNbO3晶体的红外透射光谱,OH-的振动吸收峰分别位于3484.2 cm-和3493.7 cm-1,表明Zn2+的掺杂浓度还都处在阈值以下.研究了Zn2+∶Yb3+∶LiNbO3晶体的室温吸收、发射光谱和荧光寿命特性,表明其是潜在的近红外激光增益介质,有望发展新型功能激光器件.     

F掺杂对溶胶-凝胶法制备的ZnO∶ Fe薄膜结构及光学性质的影响

采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备了Zn0.98-xFe0.02FxO(x =0,0.01,0.02,0.03,0.04)薄膜,进而利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见透过谱(UV-VIS)、光致发光(PL)多种测试手段研究了不同掺F浓度对ZnO∶ Fe薄膜的表面形貌、微结构、禁带宽度及光致发光的影响.结果表明:样品均为六角纤锌矿结构,当F掺杂浓度为2at;时,薄膜的结晶度最好且表现出明显的c轴择优取向.随着F掺杂浓度的进一步增大,薄膜的结晶性逐渐变差,c轴择优取向消失.F掺杂ZnO∶ Fe薄膜在可见光区均有很高的透过率,平均可达93;.样品的禁带宽度随着掺F浓度的增加而减小.PL谱观察到Zn0.98-xFe0.02FxO薄膜的发射峰主要由紫外发射峰和蓝光发射峰组成,其中2at;F掺杂样品的紫外发射强度最大,同时蓝光发射强度随着F含量的增大逐渐减小.     

CuAlSe2光伏吸收层薄膜的制备

用同族元素Al和Fe取代CulnGaSe2薄膜中的In和Ga元素.采用粉末冶金工艺制备CuAlSe2和CuAlSe2∶Fe光伏吸收层薄膜.依次对薄膜样品进行了表面形貌、化学成分、薄膜厚度、晶体结构和光学特性测试分析.结果表明,退火温度为450℃、500℃、550℃时薄膜的生长特性较好,薄膜较为致密,结晶度较高.薄膜主要为黄铜矿结构,并沿(112)晶相择优生长.CuAlSe2薄膜和CuAlSe2∶Fe薄膜样品的光学吸收系数达到105 cm-1,且随着掺Fe比例增加而增加.未掺杂的薄膜的光学带隙约为1.6 eV,掺Fe薄膜的禁带宽度接近1.8 eV.     

Cr2+∶ZnSe中红外激光晶体生长及光谱性能

采用物理气相输运法( PVT),以Cr2+∶ ZnSe多晶为原料,在源区温度约为1000℃、温差为6～7℃条件下生长2周,获得了体积约为0.7 cm3的Cr2+∶ZnSe晶体.紫外-可见-近红外透过光谱显示,Cr2+∶ZnSe样品在1770nm左右出现了强吸收;Cr2+浓度在1019 atoms/cm3数量级,与原料中Cr2+浓度基本一致,反映了较低温度PVT法生长有利于获得预期的Cr2+掺杂浓度.荧光测试结果表明,Cr2+∶ZnSe样品谱线对称性好,发射峰位约在2400 nm,线宽约600 nm;室温荧光寿命为5.52×10-6s.数据分析结果表明,Cr2+∶ZnSe样品的吸收截面和发射截面峰值分别为1.1×10-18cm2和2.3×10-18 cm2.     

Fe3+对KDP晶体光学质量的影响

金属离子Fe3+对KDP晶体的生长和光学性质有明显影响.本文在前期研究的基础上[1]系统考察了该杂质离子对KDP晶体光学质量的影响.实验结果表明,三价金属离子Fe3+会降低KDP晶体的透光率,同时对晶体均匀性和光损伤阈值也有明显影响.光损伤阈值降低的主要原因在于杂质诱发缺陷导致的电子崩电离、多光子电离(尤其是双光子电离)等过程的发生.     

Nd3+∶NaGd(MoO4)2晶体的生长及XRD-Rietveld结构精修

使用Cz提拉法生长了Nd3+∶NaGd(MoO4)2晶体,利用电感耦合等离子体光谱仪(ICP-AES)测试了晶体中Nd3+的浓度为1.98×1020 cm3,计算了分凝系数为0.84.通过XRD测定了Nd3+∶NaGd(MoO4)2(x=0.01)的晶体的结构,计算晶胞参数及晶胞体积,并进行Rietveld精修.结果表明:Rietveld拟合分析结果具有很好的一致性,NaGd(MoO4)2为四方晶系,空间群同为I41/a(88),a=b=0.5243 nm,c=1.1480 nm,V=0.3145 nm3,z=4,ρcalc=5.260,具有MoO4四面体及GdO8多面体结构,Na和Gd原子位于各自的晶体学位置,Mo-O键长主要在0.1712(2) ～0.1856(3) nm之间变化,Gd-O键长主要在0.2328(3)～0.2513(4) nm之间变化.     

Fe3+对KDP晶体生长影响的研究

金属离子对KDP晶体的影响是多方面的.本文采用不同的过饱和度,在不同的Fe3+掺杂浓度的生长溶液中生长KDP晶体,定量地研究了Fe3+对KDP晶体生长的影响.实验发现,无论是在高过饱和度还是在低过饱和度下生长KDP晶体,在一定的浓度范围内,Fe3+的掺入既可以增加生长溶液的稳定性,又可以有效抑制晶体柱面的扩展,而且晶体基本不楔化,同时,对晶体光学性能的影响也不大.     

CdMoO4∶W6+晶体电子结构的模拟计算研究

采用基于密度泛函理论的嵌入团簇离散变分方法,计算了CdMoO4∶W6+晶体的电子结构.计算结果显示,在CdMoO4∶W6+晶体的禁带内出现了W的5d施主能态,这说明CdMoO4晶体受激发后出现的峰值在550 nm(2.25ev)的发射带与晶体中的钨类施主离子有关,合理地解释了CdMoO4晶体在500～ 600 nm区间的发射带的起源.     

La2Ca1-xSrxB10O19(Sr2+∶LCB)晶体的生长及光学性质

通过顶部籽晶法生长出掺5;和8;Sr2+的La2CaB10O19(LCB)晶体,ICP测得LCB晶体中Sr2+掺入量分别为1.75;和2.02;.XRD证实Sr2+的掺入对LCB晶体晶胞参数的影响较小.摇摆曲线测得Sr2+∶LCB晶体半高宽为36",表明晶体具有较高质量.Sr2+∶LCB晶体在300～2000 nm波段具有较高的透过率,紫外截止边为172 nm.拟合的色散方程符合Sr2+∶LCB晶体折射率的实验值,理论计算表明Sr2+∶LCB晶体可实现相位匹配,其最短二倍频波长小于LCB晶体.     

Pr∶Lu3Al5O12闪烁晶体生长及光学性能研究

本文通过优化晶体生长工艺,采用提拉法生长了浓度分别为0.5at;、1at;和3at;系列高质量Pr3+掺杂Lu3Al5O12晶体.通过ICP、透射光谱、荧光光谱等系统研究了晶体性能.结果表明:Pr∶ LuAG晶体在紫外光范围内有较强吸收峰;X射线激发荧光峰较光致激发荧光峰发生蓝移;随掺杂浓度的提高,晶体中pr3+的浓度成比例提高,同时晶体的透过率及荧光光谱强度都有相应提高.     

Ca2+离子对Y3+∶PbWO4晶体辐照硬度的影响

与其它三价稀土离子(La3+、Lu3+等)掺杂相比较,Y3+的掺杂表现出特殊的低剂量辐照行为:光产额辐照后升高,同时伴随着晶体在380nm～500nm波段透过率的变化,并且辐照硬度对退火温度较敏感.以往认为光输出升高的幅度是晶体顶端大于晶体晶种端,因此推测该现象与晶体中有效分凝系数小于1的Na+、K+和Si4+等杂质有关.本文对全尺寸晶体的顶端、中段和晶种端的分段晶体测试了退火温度对晶体透过率和辐照硬度的影响,结果发现:辐照后光产额升高的现象同时存在于晶体的晶种端和晶体顶端;在一定条件下辐照后光产额升高的幅度是晶体晶种端大于晶体顶端,结合我们铅空位补偿型掺杂剂的实验结果,初步推断这可能是由于Ca2+离子含量较高而引起Y3+离子电荷补偿方式的改变.     

Zn:Fe:LiNbO3晶体的生长及其光学性能的研究

在LiNbO3中掺进ZnO和Fe2O3,以Czochralski技术生长Zn(7mol;):Fe(0.03;):LiNbO3,Zn(3mol;):Fe(0.03;):LiNbO3和Fe(0.03;):LiNbO3晶体.测试晶体的吸收光谱,Zn:Fe:LiNbO3晶体的吸收边相对Fe:LiNbO3晶体发生紫移.测试晶体的红外光谱,Zn(7mol;):Fe:LiNbO3晶体OH-吸收峰移到3529cm-1.测试晶体抗光致散射能力,Zn(3mol;):Fe:LiNbO3晶体抗光致散射能力比Fe:LiNbO3晶体提高一个数量级,Zn(7mol;):Fe:LiNbO3晶体比Fe:LiNbO3晶体高二个数量级.测试晶体的衍射效率和响应时间,Zn:Fe:LiNbO3晶体响应时间缩短,衍射效率降低.对吸收边和OH-吸收峰移动的机理,以及Zn:Fe:LiNbO3晶体抗光致散射能力增强的机理进行了研究.     

Y2O3∶Yb3+,Tm3+纳米粉体的制备及发光性能研究

以Y2O3为基质材料,Yb3+为敏化剂,Tm3+为激活剂,采用化学共沉淀法制备Y2O3∶Yb3+,Tm3+纳米粉体,通过差热、红外光谱、XRD、荧光、上转换发光和场发射电子显微镜等方法对样品进行表征.结果表明:Tm3+和Yb3+完全固溶到Y2O3立方晶格中,且粉体大小均匀,尺寸约50 nm;Yb3+浓度为4;(摩尔分数)、煅烧温度900 ℃时,荧光和上转换发光强度最强;Tm3+浓度为0.4;时绿光(5F4/5S2→5I8)和红光(2F5/2→2F7/2)荧光强度最强,浓度0.5;时蓝光(1G4→3H6)和红光(1G4→3F4)的上转换发射强度最大.     

掺杂晶体Cr3+∶MgAl2O4晶格畸变及基态自旋哈密顿参量的理论研究

用自旋Hamilton理论和Newman的晶场叠加模型研究了Cr3+∶MgAl2O4晶体结构与自旋哈密顿(SH)参量之间的定量关系;在此基础上,计算了Cr3+∶MgAl2O4晶体的SH参量(D,g)及精细光谱,计算结果与观测一致.定量的研究结果表明,Cr3+离子掺入MgAl2O4晶体后,络离子(CrO6)9-的局域结构产生了一个压缩三角畸变(Δθ＝2.729°).理论研究还表明,自旋二重态对零场分裂(ZSF)参量D的贡献大约为16;左右,而对g因子的贡献不足1;.这表明,用ZSF参量研究晶格畸变时,自旋二重态的贡献不可忽略.     

新型Q开关晶体Cr4+∶YAG的生长和退火研究

采用二价Ca离子作为电荷补偿离子由提拉法生长出了具有高光学质量的调Q开关晶体Cr4+∶YAG并对该晶体进行了退火研究.吸收光谱测量表明原生态晶体中已有少量Cr4+离子存在.晶体经空气中退火后Cr4+离子浓度和1.06μm处的吸收系数均显著提高.晶体生长和退火实验显示出晶体中Cr4+离子的浓度不仅取决于掺杂的Cr3+离子的浓度,而且同晶体中的Ca/Cr浓度比密切相关.     

H2流量对直流磁控溅射制备a-Si∶H薄膜微观结构及光学性能的影响

采用直流磁控溅射法在不同H2流量的条件下制备了a-Si∶H薄膜,研究了H2流量对薄膜微观结构以及光学性能的影响.结果表明:随H2流量的增加,a-Si∶H薄膜的沉积速率有所下降,但其原子排列的有序度上升,并出现了细小的纳米晶粒,使得薄膜的无序结构得到了一定改善.同时,薄膜的光学性能也表现出明显变化,其中透过率持续上升,而光学带隙则呈现出先增大后减小的趋势.最终得到制备a-Si∶H薄膜的最优H2流量为15 sccm.     

Cr3+∶LiSrAlF6晶体的太赫兹-红外光谱研究

实验测量了室温下掺铬氟铝酸锶锂(Cr3+∶LiSrAlF6,LSAF)晶体0.1～3 THz的时域光谱,以及50～4000 cm-1范围内的红外光谱.结果分析表明:在0.2～1.5 THz波段LSAF晶体的吸收系数小于30 cm-1,折射率在0.5～1.5之间变化.红外波段内从30～1238 cm-1为声子吸收带,透射率几乎为零.最高的纵光学模声子的频率大约是1238cm-1,由此求出这支声子的Al-F键的力常数为5.0288 N·cm-1.