稀土材料红外多光子量子剪裁现象

稀土红外量子剪裁为目前国内外的研究热点,它对于提高太阳能电池的效率从而减低太阳能发电的造价很有意义。论文综述了稀土红外量子剪裁的研究意义,在总结了太阳能电池发电和损耗的原理的基础上,分析了稀土红外量子剪裁提高太阳能电池效率的具体途径。同时综述了单掺Er3+材料的稀土红外量子剪裁发光现象：光激发2H_11/2能级有很强的4I_13/2→4I_15/2红外量子剪裁发光,速率很大的{2H_11/2→4I_9/2,4I_15/2→4I_13/2}交叉能量传递为导致光激发2H_11/2能级有高量子剪裁效率的主要原因。     

锗酸盐玻璃中Yb3+/Tm3+/Ho3+掺杂浓度对2 μm发光的影响

为了研究锗酸盐玻璃中采用Yb3+/Tm3+/Ho3+三掺杂方式实现2 μm激光的可行性,研究了3种稀土离子的掺杂浓度对近2 μm发光的影响,从而对稀土离子掺杂浓度进行优化选择以确定理想的掺杂浓度.实验结果表明,在TmF3掺杂摩尔分数为1%时,随着Yb3+浓度的提高Ho3+的2 μm荧光强度增强;当TmF3掺杂摩尔分数为3%时,随着Yb3+浓度的提高Ho3+的2 μm荧光强度降低;随着Yb3+浓度的提高,Tm3+的近2 μm荧光发射会得到增强,且当Tm3+浓度较高时其发光更为明显,这相对削弱了Ho3+的2 μm荧光.Ho3+2 μm发光受Tm3+/Ho3+的浓度比值影响很大,即用980 nm光抽运三掺杂样品,无论Tm3+浓度单一提高还是Ho3+浓度单一降低,对于Ho3+的2μm荧光都是不利的.     

高性能大口径顺磁旋光玻璃

旋光玻璃广泛用于激光的调制、偏转、开关和高功率激光系统的隔离器.旋光玻璃的主要性质为费尔德常数.含高顺磁离子的旋光玻璃具有大的费尔德常数,可见区高透过等优点.具有较大磁矩和较低f-d跃迁能隙的顺磁离子铽应具有大的费尔德常数.本工作以高Tb2O3含量的Tb2 O3-B2O3-Al2O3-SiO2为基本系统.研究玻璃的形成;测定了不同Tb3+离子浓度时的费尔德常数,符合线性关系;调整玻璃组成以避免析晶,发展了波长632 nm的费尔德常数为75.1～116.4 rad/(T·m)的TG20,TG28,TG32旋光玻璃系列.建立了10升规模铂坩埚高温熔炉,成形和退火设备.形成口径30 cm旋光玻璃的生产能力.产品的1054 nm光吸收小于0.008 cm-1,1 ns的激光破坏阈值大于8 J/cm2,透过波前畸变小于五分之一波长.所制造的旋光玻璃已用于美国Lawrence Livermore国家实验室,中国"神光Ⅱ"升级,英国Rutherford实验室的Vulcan Laser System和CNRS CEA Luli等高功率激光系统.     

970 nm抽运下Tm3+/Yb3+共掺氧氟玻璃的频率上转换发光

稀土离子掺杂的氧氟玻璃是一种新型上转换发光材料。制备了Tm^3／Yb^3＋单掺、共掺的摩尔分数为n（SiO2）-0．30,n（PbF2）-0．50,n=（Al2O3）=0．15,n（AlF3）=（0．049-x）,n（TmF3）=y,n（YbF3）=x（x=0,0．001,0．010,0．015,0．020,y=0,0．001）系统氧氟玻璃,研究了其上转换发光特性、分析了其上转换发光机理。研究发现,在970nm抽运光源激发下,Tm^3＋单掺时没有可见光上转换发射;而加入Yb^3＋后产生了强的蓝光（452nm,476nm）、红光（647nm）及近红外光（791nm）发射,分别对应如下辐射跃迁：^1D2→^3F4、^1G4→^3H6、^1G4→^3F4和^3H4→^3H6;且随着Yb^3＋离子浓度的增加上转换发光增强。在970nm光源抽运下用Yb^3＋敏化Tm^3＋可以显著提高其上转换发光强度,且随着Yb^3＋离子浓度的增加,增强了对抽运光源的吸收并提高了Yb^3＋到T^3＋”的能量转移几率,从而增强了上转换发光强度。     

氟氧化物玻璃陶瓷中铒激活中心的双光子三光子与四光子近红外量子剪裁发光

研究了掺铒的氟氧化物玻璃陶瓷的双光子、三光子与四光子近红外量子剪裁发光.我们测量了掺铒的氟氧化物玻璃陶瓷的X 射线衍射谱、吸收谱、从可见到近红外的发光光谱与激发光谱.当Er3+浓度从0.5％增加到2.0％,发现铒离子的4I15/2→2G7/2,4I15/2→4G9/2,4I15/2→4G11/2,4I15/2→2H9/2,4I15/2→(4F3/2,4F5/2),4I15/2→4F7/2,4I15/2→2H11/2,4I15/2→4S3/2,4I15/2→4F9/2,与4I15/2→4I9/2红外激发谱峰的强度增加了大约5.64,4.26,2.77,7.31,6.76,4.75,2.40,11.14,2.88,和4.61倍,同时,铒离子的4I15/2→2G7/2,4I15/2→4G9/2,4I15/2→4G11/2,4I15/2→2H9/2,4I15/2→(4F3/2,4F5/2),与4I15/2→4F7/2的可见激发谱峰的强度减小了1.36,1.93,3.43,1.01,2.24和2.28倍.也就是说我们发现红外发光与激发的强度都增强了2～11倍,与此相伴的可见的发光与激发强度都减小了一到三倍.而且,1 543.0与550.0 nm发光的激发谱不仅在峰值波长而且也在波峰形状上非常相近.上述实验结果证实了所看到的现象为多光子近红外量子剪裁发光现象.为了更好的分析量子剪裁的过程与机理,还测量了主要的可见与红外发光强度随激发强度的改变;发现所有可见和红外发光强度都基本上是随激发强度成线性变化关系;其中,可见的发光强度随激发强度的改变呈略大于线形一次幂的变化关系,它是由于小的激发态吸收造成的;而1 543.0 nm红外发光强度随激发强度的变化呈略小于线形一次幂的变化关系,它即是量子剪裁发光的特征现象.还发现4I9/2能级的双光子量子剪裁主要由{4I9/2→4I13/2,4I15/2→4I13/2} ETr31-ETa01交叉能量传递所导致;4S3/2能级的三光子量子剪裁主要由{4S3/2→4I9/2,4I15/2→4I13/2} ETr53-ETa01和{4I9/2→4I13/2,4I15/2→4I13/2} ETr31-ETa01交叉能量传递所导致;2H9/2能级的四光子量子剪裁主要由{2H9/2→4I13/2,4I15/2→4S3/2} ETr91-ETa05,{4S3/2→4I9/2,4I15/2→4I13/2} ETr53-ETa01和{4I9/2→4I13/2,4I15/2→4I13/2} ETr31-ETa01交叉能量传递所导致.上述研究结果对目前的全球热点新一代量子剪裁太阳能电池很有价值.     

Enhancement of up-conversion luminescence properties in Yb~(3+)/Tm~(3+)/Er~(3+) tri-doped transparent oxyfluoride tellurite glass ceramics

<正>Optically transparent Er~(3+)/Tm~(3+)/Yb~(3+) tri-doped oxyfluoride tellurite based nano-crystallized glass ceramics with the batching composition of 73TeO_2-15ZnO-7ZnF_2-3YF3-1.5YbF3-0.3ErF3-0.2TmF_3(mol%) is prepared by a conventional melting quenching and the subsequent heat treatment processes.The sizes of grown nano-crystals in glass matrix appear to be smaller than 100 nm from the scanning electron microscope measurement.Visible up-conversion luminescence of the as melted glass and glass ceramics is investigated.The three-color up-conversion luminescence intensities by 980-nm pumping are increased significantly due to the heat treatment,and the blue intensity increases with a higher magnitude than other wavelengths after heat treatment.     

高效率全国产化10kW光纤激光器

基于自主研发的大模场增益光纤和无源器件,采用双端抽运技术,搭建了一台全国产化10 kW光纤激光器,实现了非线性效应抑制。该激光器的功率放大器的输出功率达到10.14 kW,中心波长为1070.36 nm,3 dB光谱带宽为5.32 nm。其主放大级最大光-光转换效率为87.8%,斜率效率为89.2%,成为目前国内报道的效率最高的10 kW级光纤激光器。     

表面改性多孔二氧化硅减反膜的稳定性研究

以正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备SiO_2溶胶,通过提拉法涂制多孔SiO_2减反膜,并在多孔SiO_2减反膜上涂制一层甲基三乙氧基硅烷(MTES)预聚体。通过疏水的MTES预聚体涂制在多孔SiO_2减反膜上,对多孔SiO_2减反膜的表面进行改性,以提高膜层的环境稳定性。经过表面改性的复合膜层的透过率峰值可达99.67%,折射率为1.231,水接触角达123.6°,在相对湿度为95%的环境中放置475 d后膜层的峰值透过率为99.09%,稳定性提高明显。膜层表面平整,激光损伤阈值约为24.5 J/cm~2。     

低场永磁体磁共振射频场映像

射频场映像是通过一定算法对磁共振射频线圈的发射场进行重建的方法.高场下的射频场经过生物组织时会发生明显变化,在其基础上可以反演生物组织体内电特性,进而对癌症等疾病进行早期诊断,是对生物组织的磁共振结构成像的有力补充.目前为止,射频场映像和电特性研究都以高场鸟笼线圈为主,对低场下的相控阵研究较少.本文主要研究了低场永磁体磁共振射频场的均匀度.有限元仿真和实验验证了在17.8 MHz激励下,射频场在空载和负载下均匀度均发生较大变化.射频场均匀度在负载下的改变在一定程度上可以反映负载生物组织的电特性,对磁共振电特性实用化研究提供了一定的参考价值.     

核磁共振高信噪比弱信号检测的理论与实验研究

基于小型射频线圈的核磁共振检测探头在波谱分析和成像研究中具有广泛的应用,如化学位移波谱分析、磁共振成像和勘探测井等技术领域。但是,由于外加静磁场作用下,自旋体系发生塞曼能级分裂后,高低能态之间的核自旋数量之差很小,普遍存在检测信噪比很低的问题,而且初级磁共振接收信号的质量受所用探头线圈电气参数的影响较大。研究结果表明,在特定的被测样品和接收线圈占空比以及静磁场等条件不变的情况下,检测信噪比与单位电流产生的射频磁场成正比,而与线圈高频电阻的平方根成反比。在永磁0.39Tesla主磁场条件下,研究了趋肤效应影响下小型螺线管线圈几何参数的优化设计方法。理论仿真和实际的测量结果表明,几何参数为线径0.5 mm、直径5.5 mm的10匝微螺线管线圈,在16.9 MHz谐振频率上,相对信噪比取得一个极大值点,对应的Q值约为199.8,与阻抗分析仪测得结果有较好的吻合,验证了该核磁共振检测线圈设计新方法是合理的。本文提出的基于线圈电磁特性的高信噪比检测探头设计方法,可推广到目前的质子密度成像、岩心弛豫谱分析等应用中。