掺铒钒酸钇晶体的晶体场能级和等效g因子的分析

摘要

钒酸钇(YVO4)是一种正单轴晶体,有着良好的光学性能、温度性能和机械性能,且是稀土金属发光材料的良好基质。稀土金属铒(Er)独特的光学性质,导致Er:YVO4晶体最近得到大量研究。研究清楚Er:YVO4晶体中Er3+能级的结构,对于理解该晶体的发光特性有着重要的意义。
　　光致发光是荧光物质吸收外界激发光能量跃迁到高能态,再由高能态跃回基态而发出光的过程。光致发光可以从实验上探测Er:YVO4单晶中发光中心Er3+离子的能级结构,而晶体场点电荷模型可以从理论上计算Er3+离子的能级结构。本文从晶体场库伦势和微扰理论出发,逐步演绎了晶体场电荷模型的计算过程,然后再根据微扰理论和晶体场计算得到的能级本征态,给出了等效g因子的计算方法。文中以Er:YVO4单晶为例,计算了其晶体场能级和各能级对应的平行g因子gP和垂直g因子g⊥。最后作者还设计了实验样品杆和实验光路图,并测量了不同脉冲强磁场下Er:YVO4晶体的光谱。通过数据处理,得到Er:YVO4晶体各谱线随磁场强度变化的关系,以此验证了理论计算结果的正确性。
　　本文理论创新点有:(1)将C-G系数推广到多个角动量之间耦合的情形,同时利用升降算符运算推导了两个或以上角动量耦合的C-G系数的计算方法。(2)给出了势能算符qkV推导对应的Steven等价角动量算符qkj的一般方法。(3)定义并证明了四条与等价角动量算符相关的结论。

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1 绪论

1.1光致发光原理

1.2光致发光材料——掺铒钒酸钇晶体

1.3稀土金属Er的发光性质

1.4晶体场模型

1.5课题研究意义

1.6 论文章节安排

2 理论基础

2.1 库伦势

2.2原子的哈密顿量

2.3哈密顿方程及其解

2.4 C-G系数

2.5微扰理论

2.6晶体场点电荷理论

2.7 等效g因子

2.8本章小结

3 计算推导

3.1 晶体结构

3.2 晶体场Stark分裂

3.3 等效g因子

3.4 本章小结

4 实验及分析

4.1 脉冲磁体简介

4.2样品杆设计

4.4 荧光发射谱光路

4.5 实验结果与分析

4.6本章小结

5 总结

5.1研究内容和结果

5.2 理论创新点

5.3不足及展望

致谢

参考文献