Eu3+掺杂的玻璃材料的黄昆因子与无辐射跃迁

本文提出了从Eu^3 掺杂的玻璃材料激发光谱中声子边带确定黄昆因子的方法,并对制备的不同组份玻璃材料的黄昆因子进行了计算,研究了黄昆因子对玻璃组份的依赖关系,同时讨论了材料的无辐射跃迁行为。     

晶格弛豫和多声子跃迁理论

近年的发展日益证明,固体中的局域电子态所导致的晶格弛豫(晶格原子位置移动)是局域电子态的一项基本特征,能够引起许多重要的效应。在局域态的吸收和发射光谱中,由于晶格弛豫而引起斯托克斯位移和光谱的多声子结构(多声子的光跃迁)。晶格弛豫又可以在不同电子态之间引起无辐射跃迁,其中的能量变化完全由多声子的发射或吸收来补偿(多声子无辐射跃迁)。本文以线性的电子—声子作用和简谐近似的晶格模型为基础,系统地总结阐明多声子的光跃迁理论和多声子的无辐射跃迁理论。关于光跃迁的部份既介绍了直接计算跃迁几率的方法,也介绍了采用傅里叶变换的理论,并分析了连续谱和多声子结构相互叠加的一个光谱实例。关于无辐射跃迁的部份着重分析和澄清了多年来环绕所谓“康登近似”出现的矛盾,从而把近年来不同的理论发展置于统一的基础之上。介绍了估算跃迁几率的最陡下降法。最后讨论了强耦合和弱耦合的情形。     

晶格弛豫和多声子跃迁理论

近年的发展日益证明,固体中的局域电子态所导致的晶格弛豫(晶格原子位置移动)是局域电子态的一项基本特征,能够引起许多重要的效应。在局域态的吸收和发射光谱中,由于晶格弛豫而引起斯托克斯位移和光谱的多声子结构(多声子的光跃迁)。晶格弛豫又可以在不同电子态之间引起无辐射跃迁,其中的能量变化完全由多声子的发射或吸收来补偿(多声子无辐射跃迁)。本文以线性的电子—声子作用和简谐近似的晶格模型为基础,系统地总结阐明多声子的光跃迁理论和多声子的无辐射跃迁理论。关于光跃迁的部份既介绍了直接计算跃迁几率的方法,也介绍了采用傅里叶变换的理论,并分析了连续谱和多声子结构相互叠加的一个光谱实例。关于无辐射跃迁的部份着重分析和澄清了多年来环绕所谓“康登近似”出现的矛盾,从而把近年来不同的理论发展置于统一的基础之上。介绍了估算跃迁几率的最陡下降法。最后讨论了强耦合和弱耦合的情形。     

一维反铁磁体二水CsMnCl_3中激子的振动猝灭和黄昆-Rhys因子

在一维反铁磁体CsMnCl_3·2H_2O中,用D_2O代替其中的结晶水之后,对于~4T_1→~6A_1激子跃迁,观察到三种明显的效应:激子线红移18cm~(-1);激子讯号增强近一个数量级;激子寿命由0.58ms变为9.2ms,增加15倍。这后一种效应在文献中尚未见报道,它说明这种同位素替代使振动猝灭受到很大的减弱。利用多声子辐射和无辐射跃迁理论,讨论了实验结果。分析表明,同位素替代改变了晶格振动的频谱,对无辐射跃迁产生很大的影响。电声子耦合强度没有明显的变化,黄昆-Rhys因子基本保持常数。卷入多声子辐射跃迁的声子模和卷入无辐射跃迁的声子模是不相同的,其能量有相当大的差别:前一种声子模与H_2O振动没有很大关系;而后一种声子模却与H_2O振动紧密相关。     

黄昆对物理学的贡献

黄昆是晶格动力学的奠基人和权威,声子物理学科开拓者。他是多声子光跃迁和多声子无辐射跃迁理论学科的开创者,是“极化激元”概念的最早阐述者。他的姓氏也与晶格振动长波唯象方程、X光漫散射理论联系在一起。在多年离开科研第一线后,黄昆70岁还建立了半导体超晶格光学声子的“黄－朱模型”。本文简要介绍黄昆先生在科学研究领域的几项主要贡献。     

磷化镓中铋束缚激子的多声子辐射跃迁

在温度4.2K—110K范围内测量了GaP:Bi外延层的光致发光谱。发光谱中只出现Bi束缚激子辐射复合的谱线。由于Bi束缚激子的局域电子态与四周品格存在着相当强的耦合,晶格弛豫引起的多声子辐射复合非常明显,发射光谱呈现相当宽的橙色谱带,且声子伴线“丰富”并彼此重迭。实验结果表明:从4.2K—40K A类线与B类线并存,B类线强度随温度上升而减弱最终难于辨认,77K以上A类线支配着整个光谱。对复杂的发光光谱谱线进行了识别和分类,并借助于电子计算机用曲线拟合法对光谱进行精确分解,首次求出各系列的黄昆因子(Huang-Rhys factor)。较大数值的黄昆因子表明晶格弛豫是强的。     

用光谱烧孔研究卟啉掺杂的高分子薄膜中电子-声子的相互作用

本文对电子给体、受体双掺杂在高分子薄膜中形成的光谱烧孔体系,做温度循环实验,研究体系中电子-声子的相互作用,得到了表征电子-声子耦合强度的黄昆因子和薄膜中局域振动的声子频率.     

Tm~(3+)掺杂Ge-Ga-Se玻璃中红外发光特性与多声子弛豫分析

用熔融急冷法制备了系列不同Tm3+掺杂浓度的Ge30Ga5Se65玻璃样品,测试了样品折射率、拉曼光谱、吸收光谱以及800nm激光泵浦下的近红外及中红外波段荧光光谱和荧光寿命。用Judd-Ofelt理论计算了Tm3+在Ge30Ga5Se65玻璃中的强度参数Ωi(i=2,4,6)、自发辐射跃迁概率A、荧光分支比β和辐射寿命τrad等光谱参数。讨论了800nm激光泵浦下掺杂1Wt%Tm3+样品在近红外1.23,1.48和1.8μm处的发光特性及各量子效率,研究了800nm激光泵浦下的样品中红外荧光特性与掺杂浓度之间的关系,计算了常温下该基质玻璃中Tm3+:3H5→3F4跃迁对于3.8μm处的多声子弛豫速率Wmp和Ge30Ga5Se65玻璃基质中多声子弛豫常数W(0)和电子-声子结合常数α值。结果表明Ge30Ga5Se65硒基玻璃较低的声子能量可以大大降低稀土离子能级间跃迁的多声子弛豫概率,从而提高中红外荧光发光效率,因此硒基玻璃作为稀土离子的掺杂基质材料对实现中红外荧光输出是非常有利的。     

最陡下降法和多声子跃迁的多频模型

采用多频模型计算多声子跃迁几率时,由于能量守恒的要求,按照严格的理论,跃迁几率作为跃迁能量的函数,是在跃迁能量为最小声子能量整倍数处的一系列δ函数组成的。然而用最陡下降法所得的跃迁几率则是跃迁能量的平滑函数。本文指出这两者的联系和差异,并且通过对多频模型中最陡下降法的进一步探讨,对问题作出统一的理论说明。所获得的理论结果表明,最陡下降法是特别适用于多频模型近似连续声子频谱的一种计算方法。 关键词：     

YGG:Cr~(3+)晶体的光谱特性

本文通过实验研究了YGG:Cr~(3+)晶体的光谱特性,报道了室温下的吸收谱,10,133,300K的荧光谱,以及荧光寿命、无辐射跃迁几率、辐射量子效率与温度之间的依赖关系。从吸收谱及荧光谱中确定在C_(3i)(S_6)低对称场微扰下,Cr~(3+)离子在基质YGG中~2T_1能级分裂的子能级及基态~+A_2~2E零声子跃迁R线的位置。     

QUANTUM EFFICIENCY AND MULTIPHONON NONRADIATIVE TRANSITION OF Er3+ IONS IN FLUORIDE GLASS

Optical absorption, emission and excitation spectra, lifetimes of ⁴S_3/2 state and ⁴F_9/2 state from 10K to 500K, and Raman spectra were measured for Er³⁺ ions in fluoride glass. The radiative transition probabilities were calculated on the basis of Judd-Ofelt theory. The nonradiative transition probabilities and the quantum efficiencies were determined by calculating the difference between the measured lifetimes and the calculated radiative transition probabilities. The temperature dependence of nonradiative transition provavility was investigated using the Huang-Rhys theory of multiphonon relaxation , in which two kinds of phonons as well as the parameter s were taken into consideration. A fairly good agreement of the theoretical calculation with the experimental results has been obtained. The value of s is estimated and the effect of s is discussed.     

QUANTUM EFFICIENCY AND MULTIPHONON NONRADIATIVE TRANSITION OF Er3+ IONS IN FLUORIDE GLASS

Optical absorption, emission and excitation spectra, lifetimes of ⁴S_3/2 state and ⁴F_9/2 state from 10K to 500K, and Raman spectra were measured for Er³⁺ ions in fluoride glass. The radiative transition probabilities were calculated on the basis of Judd-Ofelt theory. The nonradiative transition probabilities and the quantum efficiencies were determined by calculating the difference between the measured lifetimes and the calculated radiative transition probabilities. The temperature dependence of nonradiative transition provavility was investigated using the Huang-Rhys theory of multiphonon relaxation , in which two kinds of phonons as well as the parameter s were taken into consideration. A fairly good agreement of the theoretical calculation with the experimental results has been obtained. The value of s is estimated and the effect of s is discussed.     

重金属碲酸盐玻璃中Ho~(3+)的红外辐射特性

制备了高折射率Ho3+单掺和Ho3+/Yb3+共掺低声子能量重金属碲酸盐玻璃.根据Judd-Ofelt理论对吸收光谱进行拟合,求得Ho3+强度参数Ωt(t=2,4,6)分别为4.373×10-20,1.906×10-20和1.451×10-20cm2,并进一步计算了Ho3+在红外区各能级跃迁的振子强度、自发辐射跃迁概率、辐射寿命和荧光分支比等光谱参数.982 nm激发下,铋碲酸盐玻璃中Yb3+直接敏化Ho3+,在红外区产生有效红外发射.Ho3+吸收与发射截面在1.95和2.05μm处分别高达5.63×10-21和6.24×10-21cm2,大于Ho3+掺杂磷酸盐和氟化物玻璃,这有利于降低激光抽运阈值,实现高效Ho3+激光输出.较低的声子能量和较大的发射截面表明,Ho3+/Yb3+共掺杂铋碲酸盐玻璃有望成为良好的红外激光工作物质.     

YGG:Cr3+晶体的光谱特性

本文通过实验研究了YGG:Cr³⁺晶体的光谱特性,报道了室温下的吸收谱,10,133,300K的荧光谱,以及荧光寿命、无辐射跃迁几率、辐射量子效率与温度之间的依赖关系。从吸收谱及荧光谱中确定在C_3i(S₆)低对称场微扰下,Cr³⁺离子在基质YGG中²T₁能级分裂的子能级及基态⁺A₂→²E零声子跃迁R线的位置。 关键词：     

Optical Characterization of Eu3+ Ions in CdSe Nanocrystal Containing Silica Glass

Silica glass samples containing CdSe/Eu3+ ions were prepared by sol-gel route. Size distribution and optical band gap of the nanoparticles were calculated from absorption spectrum. It is observed that the presence of CdSe nanocrystallites enhances the fluorescence of europium in silica glass. The phonon sideband spectrum associated with the excitation transition 7F0-5D2 is used to analyze the electron-phonon coupling and nonradiative deexcitiation of the rare earth ions in the glass host, The observed fluorescence enhancement is discussed on the basis of phonon assisted energy transfer from electron-hole recombination of the CdSe nanocrystallites to the rare earth ion and multiphonon relaxation.     

单、双掺钒酸钇晶体的Raman光谱与能量转移研究

文章采用双光栅单色仪(HRD-1),氩离子激光器的488.0 nm波长激发,分别测得室温下,激发光平行、垂直晶体c轴入射时,Tm3 ,Ho3 单掺和双掺钒酸钇晶体的拉曼光谱,对检测结果进行分析并探讨了对能量转移的影响.观测到对Ho3 :YVO4,激发光垂直c轴时的散射光强明显强于激发光平行c轴时的散射光强;由于488.0 nm波长靠近Ho3 的一个吸收峰,吸收和散射相互竞争,使475 cm-1被削弱,且外模振动展宽;测得样品最大声子能量集中在880cm-1附近.主要是(VO4)3-的A1g呼吸模引起的,表明与YAG基质一样,也是一种具有高声子能量的晶体.用808 nm激发,锁相放大器,PbS探头接收,测得双掺Tm3 :Ho3 :YVO4的2.09 μm荧光强度是单掺Tm3 ∶YVO4 1.85 μm的4/5,意味着Tm3 对Ho3 的敏化效率高达80%,因为Tm3 :YVO4的荧光谱与Ho3 吸收谱重合甚少,由辐射跃迁导致的能量转移可能性不大,因此Tm3 离子之间的交叉弛豫以及Tm3 的3F4与Ho3 的5I7之间近共振的能量转移主要是依靠声子辅助的无辐射跃迁.     

硼玻璃中Dy3+及Sm3+的辐射跃迁几率和无辐射跃迁几率

硼玻璃中掺杂Nd3+,Er3+,Tm3+等小能隙的稀土离子,由于硼玻璃声子能量大,多声子无辐射几率大,影响其发光效率。但由于硼玻璃熔点低,加工容易,对于民用上常用的Sm3+,Dy3+,Eu3+,Tb3+等大能隙物质,多声子无辐射跃迁不是主要因素的情况下,发光效率将如何是本文要研究的问题。另外,辐射跃迁性质的研究对于能量传递机理的研究也是很有意义的。     

磷酸盐、锗酸盐和碲酸盐玻璃中Ce3+、Tb3+、Er3+和Tm3+离子的发光和敏化作用的研究——Ⅱ.辐射跃迁、无辐射跃迁和能量转移

对不同玻璃基质中的Tb3+、Er3+和Tm3+离子的辐射跃迁和无辐射跃迁速率进行了计算和测量,并讨论了基质玻璃对跃迁特性的影响。研究了Ce3+对Er3+、Tm3+,Tb3+的敏化作用,得出Ce3+对Er3+离子的敏化作用是弱的,而Ce3+对Tm3+和Tb3+是较强的,并对敏化机理进行了讨论。     

氟化物对Er3+/Yb3+共掺的碲酸盐玻璃上转换和红外发光性能的影响

Er³⁺/Yb³⁺ 共掺的碲酸盐玻璃由于其良好的上转换发光性能而得到广泛的研究。本文将氟化物引入碲酸盐玻璃中,通过熔融法制备了量比为70TeO₂-（30-x）ZnO-xZnF₂-0.15Er₂O₃-1.5Yb₂O₃（x=0,5,10,15,20）的碲酸盐氧氟玻璃样品,并测试其热稳定性、拉曼光谱以及受激发射光谱。实验结果表明,随着氟化物含量的提高,Er³⁺离子的410,555,670 nm上转换发光和2~3 μm波段中红外发光得到增强,并且红光提高强度比绿光和蓝光更明显。在分析了氟离子引入后对上转换与近中红外波段发光的内在影响机制发现：碲酸盐玻璃系统中的氟化物一方面促进能量传递过程中Er³⁺离子的双光子吸收,促进粒子跃迁至相应的高能级;另一方面,引入氟化物后的碲酸盐玻璃的最大能量声子态密度下降也是降低无辐射跃迁概率、提高上转换和中红外发射强度的重要原因。     

The photoluminescence excitation spectra of multicomponent media

With no restrictions on the value of optical density, we derive an equation that describes the photoluminescence excitation spectra of separate components with overlapping absorption bands in a multicomponent medium. Based on the equation obtained, we propose methods for measuring the ratios of absorption optical densities of the components and quantum yields of their luminescence. The applicability of the proposed methods is demonstrated by measuring the characteristics of coumarin and porphyrin dissolved in different proportions in ethanol. We have also measured the quantum yield and luminescence decay time of the radiationinduced color centers F ₃ ⁺ in the lithium fluoride crystal and calculated probabilities of radiative and nonradiative transitions from the first excited singlet state of these centers.