稀土离子掺杂NaYF4、Na5Lu9F32单晶的红外光学特性研究

摘要

红外固体激光器在遥感、通讯和军事等领域有很多潜在应用被广泛关注，而应用红外激光的市场需求也变的愈来愈大。本论文研讨重点在于寻找高质量、优异激光性能的较大块状的晶体材料。本论文研究中采用新改进的坩埚下降法生长出了Ho3+、Pr3+掺杂α-NaYF4晶体，主要研究 Ho3+在~2.85μm波段的荧光特性，生长出Er3+单掺α-NaYF4晶体与Er3+、Er3+/ Yb3+共掺 Na5Lu9F32晶体，主要研究Er3+的~1.5μm和~2.7μm的光谱特性和 Yb3+离子的敏化作用。结合 Er3+、Yb3+、Ho3+离子间的相互作用及它们的能级结构，从晶体 X射线衍射、红外吸收透过性能、中红外荧光发射性能等多方面分析材料的光学性能。
　　本文第一章节介绍了激光晶体的应用及其发展，同时也分析了近中红外激光晶体的相关特点及研究现状，引入了研究中制备的氟化物晶体的优异性质，其中包括α-NaYF4和 Na5Lu9F32激光晶体。本文第二章解释了氟化物单晶的制备过程、晶体性能表征和相关基本理论。
　　本文第三章分析了 Ho3+/Pr3+:α-NaYF4晶体的光学性能，根据 Judd-Ofelt理论分别计算获得 Ho3+/Pr3+:α-NaYF4晶体和有效强度参数Ωeff（Ω2，Ω4，Ω6），并分别计算它们的能级辐射寿命和能级跃迁的荧光分支比等特性。研究了 Pr3+的离子掺杂浓度与其~2.85μm发光强度的关系，获得最优的掺杂浓度为1.0 mol%。研究结果表明Er3+/Yb3+:Na5Lu9F32晶体在~2.85μm中红外固体激光器中有广阔前景。
　　本文第四章、第五章和第六章研究了以 Er3+离子为发光中心的 NaYF4和Na5Lu9F32激光晶体的红外光谱性能及能量转换。在 Er3+单掺 NaYF4晶体中，随着Er3+离子的浓度增加到3.0mol%, Er3+离子的~1.5?m和~2.7?m荧光发射强度均达到最高；在Er3+/Yb3+:Na5Lu9F32晶体中，当我们把Yb3+离子浓度增加到6.0mol%时，其~1.5?m荧光发射强度达到最高。研究结果显示出晶体在~1.5μm和~2.7?m中红外固体激光器中有广阔前景。
　　本文的第七章是结论与展望。对本文的科研工作成果进行了总结，并且对日后的进一步研究阐述了简单的展望。

目录

声明

引言

1 绪论

1.1红外激光

1.2激光晶体

2.1氟化物单晶的制备

2.2晶体的性能表征

2.3基本理论简介

2.4本章小结

3.1引言

3.2实验

3.3结果与讨论

3.4本章小结

4.1引言

4.2实验

4.3结果与讨论

4.4本章小结

5.1引言

5.2实验

5.3结果与讨论

5.4本章小结

6.1引言

6.2实验

6.3结果与讨论

6.4本章小结

7 结论与展望

参考文献

在学研究成果

致谢