Yb:Ho:LiNbO3单晶的生长及上转换发光性能研究

摘要

采用提拉法生长出了一系列不同Yb3+(0.5，1.5，2.0，2.5，3.0 mol％)摩尔掺杂浓度的Yb:Ho:LiNbO3单晶，其中Ho3+掺杂浓度固定为0.1 mol%。生长的晶体无宏观缺陷，有较好的光学均匀性。在晶体生长过程中，探索了其最佳生长工艺参数，其中，轴向温梯35-40℃/cm，径向温梯要对称、均匀，提拉速度为0.5-2.5mm/h，旋转速度为22-26r/min，保证了生长界面的平坦，降低了晶体组分不均匀性。
　　X射线衍射结果显示，Yb:Ho:LiNbO3晶体仍然保持基质LiNbO3晶体本身的晶格结构，峰值的差异表明掺杂晶体的晶格常数和晶胞体积发生了变化，而且从实验结果可以看出，掺杂离子的进入使得晶胞的体积和未掺杂相比有所减少；晶体的紫外吸收光谱表明，稀土离子掺杂之后晶体的吸收强度明显增大，又进一步解释了掺杂离子在基质材料LiNbO3中的占位规律，Yb3+和Ho3+优先取代的是反位Nb的位置，紫外吸收边先发生红移然后紫移；此外，结合生长晶体的红外光谱的测试，观察Yb:Ho:LiNbO3晶体样品在3200–3800cm?1范围的红外吸收光谱可以看到，随着Yb3+掺杂浓度的增加，位于3481cm?1的OH?吸收峰的吸收强度降低，OH?吸收的降低有助于晶体的声子能量的降低，从而可见光的发光效率相应提高。
　　泵浦光源为980nm激光器激发下，在样品中分别观察到了Yb:Ho:LiNbO3晶体红绿上转换发光光谱，在此基础上得到了上转换功率曲线，用以分析Yb:Ho:LiNbO3晶体上转换发光机制。功率曲线的结果表明，绿光以及红光产生都主要是基于双光子过程，还有部分单光子过程参与。此外，由光谱可以看出，随着Yb3+浓度从0.5 mol%增加到2.0 mol%，会有更多Yb3+参与敏化作用，使得红绿上转换发光的强度都得到增强。而当Yb3+浓度继续增加，由于Yb3+的之间的合作敏化作用使得发光强度反而减弱。

目录

Yb:Ho:LiNbO3单晶的生长及上转换发光性能研究

STUDY ON THE GROWTH AND UPCONVERSION PROPERTIES OF Yb: Ho: LiNbO3 SINGLE CRYSTALS

摘 要

Abstract

目 录

第1 章 绪 论

1.1 上转换发光的研究进展

1.2 铌酸锂晶体的研究

1.3 国内外研究现状

1.4 本课题研究的目的及意义

1.5 课题研究主要内容

第2章 实验材料及研究方法

2.1 实验药品与仪器

2.2 晶体生长方法

2.3 样品性能测试

2.4 掺杂铌酸锂单晶生长及研究过程

第3章 掺杂铌酸锂晶体的生长及加工

3.1 晶体生长设备

3.2 晶体生长的前期准备工作

3.3 晶体最佳生长条件的选择

3.4 晶体生长过程

3.5 晶体的加工和后期处理过程

3.6 本章小结

第4 章 镱钬双掺铌酸锂晶体缺陷结构分析

4.1 镱钬铌酸锂晶体XRD测试分析

4.2 镱钬铌酸锂晶体紫外-可见吸收光谱

4.3 镱钬铌酸锂晶体红外光谱分析

4.4 本章小结

第5 章 镱钬双掺铌酸锂晶体上转换发光性能

5.1 镱钬铌酸锂单晶体系上转换荧光发射谱

5.2 镱钬铌酸锂单晶上转换发光功率曲线

5.3 镱钬铌酸锂单晶上转换发光机制分析

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢