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Yb：Ho：PbWO_4晶体上转换发光性能研究

作　者: 王冲
导　师: 徐衍岭
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 钨酸铅晶体 掺杂 晶体结构 上转换发光 能级
分类号: O734
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


由于钨酸铅（PbWO4, PWO）晶体的光产额低,限制了它在许多领域的应用。为了改善其光学性质,稀土掺杂技术被广泛的研究和应用。本文研究了提拉法生长掺杂PWO晶体的工艺,并生长出质量优良的掺杂晶体,研究了掺杂PWO晶体的结构和光学性能。运用XRD测试技术,研究了Ho:PWO和Yb:Ho:PWO晶体的结构。掺杂后PWO晶体仍保持很好的四方结构,与纯PWO晶体相比,晶胞参数略有变化。晶体的拉曼光谱表明,掺杂PWO晶体与纯PWO晶体相比,晶体中（WO4）2-基团的特征峰没有发生明显的位移,掺杂离子没有明显影响（WO4）2-基团的结构。晶体的紫外吸收光谱表明,掺杂后晶体吸收强度增大,并出现了Ho3+特征吸收峰,Ho3+和Yb3+优先占据Pb2+格位,吸收边先蓝移后红移。通过波长为980nm激光器激发的上转换发射谱分析,发现单掺Ho3+的钨酸铅晶体没有出现上转换发光,Ho3+和Yb3+双掺钨酸铅晶体实现了540nm、650nm和756nm附近的上转换发光。由Ho3+和Yb3+的能级图可以看出:Yb3+的能级结构非常简单,540nm、650nm和756nm处的发光分别对应于Ho3+的5F4,5S2→5I8、5F5→5I8以及5F4,5S2→5I7辐射跃迁。当[Yb]/[Ho]值为20时,上转换绿光强度最大,[Yb]/[Ho]值为4时,红光上转换发光强度最大。测试荧光强度和泵浦功率的关系,Yb3+（0.2mol%）:Ho3+（0.1mol%）:PWO、Yb3+（0.4mol%）:Ho3+（0.1mol%）:PWO、Yb3+（1.0mol%）:Ho3+（0.1mol%）:PWO、Yb3+（2.0mol%）:Ho3+（0.1mol%）:PWO、Yb3+（3.0mol%）:Ho3+（0.1mol%）:PWO晶体的绿光功率曲线斜率分别为1.936、2.110、2.339、1.693、1.186,红光功率曲线斜率分别是1.627、1.703、1.746、1.620、1.302。说明红光和绿光发射既有单光子过程,又有双光子过程。且在Yb3+高浓度掺杂时,晶体的功率曲线斜率相对较小,此时上转换荧光发生合作敏化过程。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-21
  1.1 课题意义和背景  9-10
  1.2 激光晶体简介  10-11
  1.3 稀土离子发光简介  11-16
    1.3.1 Stokes 发光  11-12
    1.3.2 Anti-Stocks 发光  12-16
  1.4 基质材料钨酸铅晶体简介  16-18
    1.4.1 钨酸铅晶体的结构  16-17
    1.4.2 基质材料PWO 晶体发光的能带理论分析  17-18
  1.5 国内外研究现状  18-19
  1.6 本论文的主要研究内容  19-21
第2章 实验材料及实验方法  21-26
  2.1 掺杂离子的选择  21-22
  2.2 实验药品与仪器  22-23
    2.2.1 实验药品  22
    2.2.2 实验中的主要仪器  22-23
  2.3 实验方法  23-26
    2.3.1 晶体生长方法及过程  23-24
    2.3.2 测试表征方法  24-26
第3章 晶体生长设备改进及工艺研究  26-35
  3.1 晶体生长设备及改进  26-28
    3.1.1 晶体生长设备  26
    3.1.2 晶体生长设备改进  26-28
  3.2 晶体的生长工艺研究  28-33
    3.2.1 晶体生长前的准备  28-29
    3.2.2 晶体的生长过程  29-30
    3.2.3 生长出的晶体  30
    3.2.4 晶体生长工艺参数的选择  30-33
  3.3 晶体的后期加工  33-34
  3.4 晶体开裂原因的探讨  34
  3.5 本章小结  34-35
第4章 掺杂钨酸铅晶体的结构研究  35-44
  4.1 X-射线衍射技术分析  35-38
  4.2 紫外可见吸收光谱分析  38-41
    4.2.1 紫外吸收光谱测试结果分析  38-40
    4.2.2 吸收边移动机理  40-41
  4.3 拉曼光谱测试结果分析  41-42
  4.4 本章小结  42-44
第5章 掺杂钨酸铅晶体上转换发光研究  44-52
  5.1 上转换稳态发射谱  44-45
  5.2 上转换发光功率曲线分析  45-48
  5.3 上转换发光机制分析  48-51
    5.3.1 绿光上转换  49-50
    5.3.2 红光上转换  50-51
  5.4 本章小结  51-52
结论  52-53
参考文献  53-59
致谢  59

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中图分类: > 数理科学和化学 > 晶体学 > 晶体物理 > 晶体的光学性质
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