Er:LiNbO3晶体缺陷结构及光发射性能研究

摘要

本文采用提拉法生长出无宏观缺陷、光学均匀性较好的掺铒为1mol％的锂铌摩尔比分别为0.75、0.80、0.946和1.0的铌酸锂单晶体。
　　采用红外吸收光谱、紫外-可见吸收光谱和X射线衍射研究了晶体中杂质的占位机理和晶体的缺陷结构。结果表明：随着[Li]/[Nb]的增加，晶体中的本征缺陷反位铌（NbLi4+）和Li空位不断减少，Er3+离子大部分占据Li位而小部分占据Nb位形成孤位Er3+离子缺陷中心（ErLi2+与ErNb2-）与Er3+团位束ErLi2+-OH--ErNb2-。随着[Li]/[Nb]的增加，Er:LiNbO3晶体的OH-红外吸收峰产生红移，峰宽变窄；紫外-可见吸收谱的吸收边紫移和X射线衍射峰的半高宽变窄。说明随着[Li]/[Nb]的增加，晶体NbLi4+等本征缺陷浓度减少，晶格畸变变小。
　　通过荧光光谱和Er3+的紫外-可见吸收谱研究了晶体的光发射等光学性能。通过荧光光谱研究发现：Er:LiNbO3晶体发射出由2H11/2→4I15/2和4S3/2→4I15/2跃迁所导致的位于525nm与550nm波段的绿光，电子从4S3/2能级的衰减行为逐渐由非e指数行为不断向单e指数行为转变，Er3+离子4S3/2能级平均寿命不断提高。通过研究紫外-可见吸收谱发现有8个Er3+的吸收峰，随着[Li]/[Nb]的增大，峰强提高，峰位红移，峰截面积逐渐减小。
　　通过透射光斑畸变法研究了晶体的抗光损伤性能。结果表明：随着[Li]/[Nb]的增大，晶体抗光损伤能力下降，但其抗光损伤阈值与其他激光晶体相比仍然较高。

目录

Er:LiNbO3 晶体缺陷结构及光发射性能研究

DEFECT STRUCTURES AND EMISSIONPROPERTIES OF ERBIUM-DOPEDLITHIUM NIOBATE CRYSTALS

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1引言

1.1.1激光晶体的概念和特点

1.1.2上转换激光和上转换发光材料的研究进展

1.2铌酸锂晶体的性质和结构

1.2.1铌酸锂晶体的物理性质和应用

1.2.2铌酸锂晶体的结构

1.2.3同成分铌酸锂晶体

1.3铌酸锂晶体缺陷

1.3.1铌酸锂晶体的本征缺陷

1.3.2非本征缺陷

1.4稀土元素掺杂铌酸锂晶体

1.5本课题研究目的与意义

1.6本课题的研究内容

第2章样品制备及实验方法

2.1引言

2.2实验材料及配比方案

2.3晶体生长

2.3.1晶体生长设备

2.3.2晶体生长过程

2.4晶体生长工艺

2.4.1温度场理论

2.4.2晶体转速的选择

2.4.3晶体生长速度的选择

2.5晶体的加工处理

2.5.1退火和极化处理

2.5.2晶体加工

2.6晶体结构及光学性能测试实验方法

第3章晶体微观缺陷

3.1[Li]/[Nb]对晶体红外-吸收峰的影响

3.2Er:LiNbO3晶体的紫外-可见吸收边分析

3.3[Li]/[Nb]对晶体的微观缺陷浓度的影响

3.4本章小结

第4章晶体的光学性能

4.1Er:LiNbO3晶体的上转换发射性能

4.1.1Er:LiNbO3晶体的上转换荧光光谱

4.1.2Er:LiNbO3晶体绿光上转换的时间分辨谱

4.1.3Er:LiNbO3晶体绿光上转换发光机制

4.2Er3+的紫外-可见吸收光谱特性

4.3Er:LiNbO3晶体的抗光损伤能力测试

4.3.1测试装置与晶体抗光损伤性能测试

4.3.2[Li]/[Nb]对Er:LiNbO3晶体抗光损伤性能的影响

4.4本章小结

结论

参考文献

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致谢