双掺Dy/Er-LiNbO3晶体的缺陷结构与上转换发光性能

摘要

本论文采用提拉法生长出一系列无宏观缺陷、光学质量较好的Dy/Er-LiNbO3晶体，对生长的晶体进行了定向切割、抛光等处理，研究了晶体生长工艺、缺陷结构及上转换光学性能。
　　X射线衍射结果表明，Dy、Er的掺入并没有改变LiNbO3单晶的晶体结构，只是使晶胞参数有微小变化。这说明Dy和Er均以取代Nb和Li的方式进入晶体。
　　通过对晶体的红外吸收光谱和紫外可见吸收光谱的测试，分析了掺杂浓度对OH-吸收峰峰位的影响，从而解释了Dy和Er在LiNbO3中的占位规律。结果表明Dy3+和Er3+在LiNbO3晶体中可占据正常Li位和Nb位，形成孤位Dy3+、Er3+离子缺陷中心(DyLi2+、DyNb2+、ErNb2-和ErLi2+)和Dy3+、Er3+离子团位束缺陷中心(ErLi2+-ErNb2-、DyLi2+-DyNb2-、DyLi2+-ErNb2-及ErLi2+-DyNb2-)，而Dy3+在浓度小于0.5mol％的时候，可能优先占据反位Nb位。
　　采用800nm光激发，测试了晶体的上转换发光谱及上转换时间分辨光谱。重点分析了Dy3+和Er3+掺杂浓度对580nm和550nm处发光峰强度的影响，其中Er3+的掺入使对应Dy3+的4F9/26H13/2跃迁的580nm上转换发射强度增加一倍，但对Dy3+的4F9/2能级寿命没有影响。而Dy3+的掺入对Er3+的4S3/24I15/2跃迁的550nm发光强度和寿命均有影响，说明Dy3+离子的一些能级参与到Er3+离子550nm发光的过程中。进一步研究表明，580nm波段及550nm波段的发光均为双光子过程。
　　分别计算了Dy3+和Er3+离子在LiNbO3中的J-O理论参数，结果显示，Dy3+在LiNbO3晶体中使晶格变形较Er3+大，Dy3+离子的受激发射能力低于Er3+离子。

目录

双掺Dy/Er-LiNbO3 晶体的缺陷结构与 上转换发光性能

DEFECTS STUCTURE ANDUP-CONVERSION EMISSIONPROPERTIES OF Dy/Er-CODOPEDLiNbO3 CRYSTALS

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 课题的背景及意义

1.2 铌酸锂晶体概述

1.3 上转换发光材料概述

1.4 本论文的主要研究内容

第2章试验材料与方法

2.1 试验材料及配比方案

2.2 晶体的生长及加工工艺

2.3 缺陷结构测试方法

2.4 上转换发光性能测试方法

第3章双掺Dy/Er-LiNbO3 晶体的缺陷结构

3.1 引言

3.2 双掺Dy/Er-LiNbO3 晶体的X 射线衍射分析

3.3 双掺Dy/Er-LiNbO3 晶体的红外吸收光谱分析

3.4 紫外-可见吸收边与掺杂离子浓度的关系

3.5 本章小结

第4章双掺Dy/Er-LiNbO3 晶体的上转换发光性能

4.1 引言

4.2 掺杂浓度对上转换发光强度的影响

4.3 掺杂浓度对上转换发光能级寿命的影响

4.4 双掺Dy/Er-LiNbO3 晶体上转换发光机制

4.5 本章小结

第5章LiNbO3 晶体掺杂Dy/ Er 的J-O 参数分析

5.1 引言

5.2 Judd-Ofelt 理论模型

5.3 Dy3+和Er3+掺杂铌酸锂晶体J-O 理论参数的计算

5.4 本章小结

结论

参考文献

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致谢