掺Yb3+闪烁晶体的研究进展

掺Yb³⁺闪烁晶体是新近发展起来的一类闪烁体,有可能用于探测太阳中微子.本文简要介绍了掺Yb³⁺闪烁晶体的电荷迁移发光的机理以及基质晶体对温度猝灭与浓度猝灭的影响.综述了具有石榴石结构和钙钛矿结构的两类掺Yb³⁺闪烁晶体的研究进展,特别是Yb:YAG和Yb:YAP晶体的生长、闪烁性能以及应用前景.最后,对掺Yb³⁺闪烁晶体的未来研究方向做了展望.     

Si4+离子对Y3+:PbWO4晶体闪烁性能及辐照硬度的影响

Y³⁺离子掺杂钨酸铅晶体特殊的低剂量率辐照行为一般在晶体顶端表现更为明显,以往研究认为该现象起因于晶体中有效分凝系数<1的Na⁺、K⁺和Si⁴⁺等杂质在顶端的富集.本文研究了Si⁴⁺掺杂的Y³⁺:PWO晶体,对晶体顶端和晶种端的分段晶体测试了退火温度对晶体透过率和辐照硬度的影响,结果发现:在实验所涉及的掺杂浓度范围内,Si⁴⁺离子杂质对Y³⁺:PWO晶体的辐照硬度及透过率无影响,可以认为Y³⁺:PWO晶体特殊的低剂量率辐照行为和晶体中的Si⁴⁺离子含量无关.     

不同掺杂对Ba3Y(BO3)3晶体的生长和相变的影响

结合X射线粉末衍射和差示扫描量热法,系统研究了不同格位上的掺杂对Ba₃Y(BO₃)₃晶体的生长和相变的影响. 研究发现,相同掺杂浓度10at%时,掺Nd³⁺的α-Ba₃Y(BO₃)₃晶体的相变温度（1099.6℃）比掺Yb³⁺的晶体的相变温度（1145.3℃）低;且随着掺Nd³⁺浓度的降低,晶体的相变温度升高,晶体在降温过程中更容易发生相变. 在晶体中掺入Sr²⁺离子,可以有效提高Yb³⁺∶α-Ba₃Y(BO₃)₃晶体的稳定性. 随着Sr²⁺掺入浓度的增加,晶体的熔点升高,相变温度降低. 当Sr²⁺掺杂浓度为16at%时,晶体的相变峰消失;当Sr²⁺掺杂浓度分别为5at%、10at%时,晶体仍然发生相变.     

激光非线性复合功能晶体的研究和发展

简要回顾了激光非线性复合功能晶体(即自倍频晶体)的发展过程,从结构、生长和性能等方面对现已研制发展的Nd:Mg:LiNbO₃(NMLN)、Nd_xY_1-xAl₃(BO₃)₄(NYAB)、Cr:KTP、LaBGe_^O5:Nd³⁺、β’-Gd₂(MoO₄)₃:Nd³⁺(GMO:Nd³⁺)、掺Nd³⁺或Yb³⁺的ReCa₄O(BO₃)₃(ReCOB;Re=Gd、Y)(即 Nd:GdCOB、Yb:GdCOB、Nd:YCOB、Yb:YCOB)、Yb:BaCaBO₃F 等几种主要类型的自倍频晶体的研究现状进行了总结,并对该类晶体的发展做了展望.     

喷雾燃烧热分解制备Cr掺杂TiO2纳米粒子的可见光催化性能

采用一步喷雾燃烧热解法制备了Cr掺杂TiO₂纳米粒子,研究了Cr掺杂对样品微结构、吸光特性和可见光催化活性的影响. 结果表明：增加Cr掺杂量抑制锐钛矿相的形成,同时促进金红石相的形成. 在低Cr掺杂量下(≤1%）,Cr主要以Cr³⁺的形态进入TiO₂晶格,而Cr掺杂量过大时,易于形成Cr₂O₃团簇. 光催化降解2,4-二氯苯酚结果表明,适量的Cr³⁺掺杂可以有效地提高TiO₂的可见光催化活性,获得最高光催化活性的Cr³⁺掺杂量为1at%. 样品可见光催化活性的提高主要与Cr掺杂引起的可见光吸收增强、晶相组成改善以及光生电子和空穴传输效率提高有关.     

熔体组成与PbWO4:Y3+晶体闪烁性能稳定性的关系

部分PWO:Y³⁺晶体辐照后光产额升高,并且辐照硬度对退火温度较敏感.本文选取未掺杂及Sb、La³⁺、Y³⁺单掺和La³⁺/Sb、Y³⁺/Sb双掺的PWO样品进行对照实验,同时选取代表性晶体的顶部急冷料做了X射线荧光主量分析.结果发现:低剂量辐照后光产额升高现象只存在于含Y³⁺离子的PWO晶体中,并且这类晶体往往存在420nm吸收带;在改进Bridgeman法生长PWO晶体的后期,使熔体保持一定程度的负电性将有利于抑制该现象,即可有效地抑制同样是负电性的间隙氧进入晶体.结合测试数据,本文讨论了该现象的起因和机理,提出了掺杂剂的选择原则.     

Sc掺杂Nd:CaF2激光晶体的结构及其光谱性能参数

采用温度梯度法生长了0.5at% Nd、xat% Sc:CaF₂(x=0, 2, 5, 8)系列晶体, 测试了晶体的吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命。研究发现发射强度和荧光寿命随着Sc³⁺离子浓度的增加而提高。通过改变Sc³⁺离子的浓度发现, 当掺杂5at% Sc³⁺时可以获得最大的吸收截面为1.42×10^-20 cm²。另外, 掺入Sc³⁺使共掺晶体在吸收光谱796 nm处产生新峰。综上, 通过调节Sc³⁺离子浓度, 可以改变Nd³⁺离子的局域结构, 优化晶体的光谱性能。     

YAG晶体中Yb~(3+)对Er~(3+)的敏化作用

根据能级跃迁速率方程得出Yb,Er:YAG中各能级布居数与Er3+离子浓度的关系.并与单掺Er:YAG中各能级布居数相比较,讨论共掺Yb3+对Er3+的波长为1.64和2.94μm两荧光的影响.结合作者关于红外光激励Yb,Er:YAG能量上转换为可见光工作,提出将Yb,Er:YAG晶体研制成以半导体激光器为激励源的可见光和1.64μm红外光的双波长全固化激光器的设想.     

Tm:YAP晶体生长及光谱特性研究

采用提拉法生长了掺杂浓度分别为4、8与10at%的Tm:YAP晶体. 测定了Tm³⁺在YAP基质中的分凝系数为0.88. 采用同步辐射的方法研究了Tm:YAP晶体的生长条纹和结构应力缺陷. 晶体的吸收峰位于694和795nm; 荧光谱峰值在2.0μm附近, 因此Tm:YAP晶体有望成为一种新型的适合LD泵浦的中红外激光材料.     

CaF2:20Yb2Er/Na@CaF2:Ce纳米材料近红外二区发光性能研究

利用热分解法制备了CaF₂:20Yb2Er/Na@CaF₂:Ce纳米颗粒，并对其NIR-Ⅱ发光性能和荧光寿命进行了探讨。研究结果表明，在980 nm光源激发下，其NIR-Ⅱ发光性能强度约为CaF₂:20Yb2Er的68倍，且位于1 525 nm处的荧光寿命为2.29 ms。该体系Yb³⁺作为敏化剂，Er³⁺作为激活剂，Na⁺共掺杂使晶体场的局部对称性改变，核壳结构的构建使发光中心的荧光猝灭最小化，壳层结构引入Ce³⁺可以使得Er³⁺与Ce³⁺在界面处产生交叉弛豫。由此可见，将离子共掺杂和构建核壳结构两种策略结合起来更有利于NIR-Ⅱ发光性能的提升。综上，CaF₂:20Yb2Er/Na@CaF₂:Ce纳米颗粒在生物成像领域具有潜在的应用价值。     

Comparison of fluorescence spectra of Yb:Y3Al5O12 and Yb:YAlO3 single crystals

Yb:Y₃Al₅O₁₂ (Yb:YAG) single crystals with Yb doping concentration 0.5 at.%, 5 at.%, 15 at.%, 25 at.%, 50 at.%, 100 at.% and Yb:YAlO₃ (Yb:YAP) single crystals with Yb doping concentration 0.5 at.%, 5 at.%, 15 at.%, 30 at.% were grown by the Czochralski process. The fluorescence spectra of these crystals and the effects of self-absorption on the shape of the fluorescence spectra were studied. Through comparing the fluorescence spectra of Yb:YAG and Yb:YAP, all results indicate that the effects of self-absorption on the fluorescence spectra of Yb:YAP are remarkably stronger than that of Yb:YAG at the same Yb concentration.     

微晶玻璃的制备与光谱特性

高温熔制摩尔组分为32CaO-12Y₂O₃-24Al₂O₃-31SiO₂-1Yb₂O₃的玻璃, 制得的玻璃于950、1050、1100℃三个不同温度进行热处理, 用XRD分析热处理后样品的相变, 用TEM观察1050℃热处理后的样品, 并研究了1050℃热处理前后样品的光谱特性. 研究结果表明: 玻璃在1050℃热处理后, 在玻璃中产生单一YAG相微晶颗粒; 热处理前后样品光谱特性的变化表明热处理后掺杂的Yb ³⁺离子择优进入到YAG晶格位, 制备得到了透明Yb:YAG微晶玻璃.     

Comparison of fluorescence spectra of Yb:Y3Al5O12 and Yb:YAlO3 single crystals

Yb:Y₃Al₅O₁₂ (Yb:YAG) single crystals with Yb doping concentration 0.5 at.%, 5 at.%, 15 at.%, 25 at.%, 50 at.%, 100 at.% and Yb:YAlO₃ (Yb:YAP) single crystals with Yb doping concentration 0.5 at.%, 5 at.%, 15 at.%, 30 at.% were grown by the Czochralski process. The fluorescence spectra of these crystals and the effects of self-absorption on the shape of the fluorescence spectra were studied. Through comparing the fluorescence spectra of Yb:YAG and Yb:YAP, all results indicate that the effects of self-absorption on the fluorescence spectra of Yb:YAP are remarkably stronger than that of Yb:YAG at the same Yb concentration.     

1.3at%Nd:YAG透明陶瓷的制备及激光性能研究

以高纯氧化物商业粉体为原料, 采用固相反应和真空烧结技术, 制备了高质量的1.3at%Nd:YAG透明陶瓷. 研究了室温下Nd:YAG透明陶瓷的显微结构、光谱及激光性能. 实验结果表明, Nd:YAG透明陶瓷主要以穿晶方式断裂; 平均晶粒尺寸为15μm, 且分布均匀; 晶粒中和晶界处没有检测到杂质和气孔存在, 且成分一致, 无偏析现象. 退火后样品在激光波长1064nm处的透过率高达82.4%; 主吸收峰位于808.6nm处, 峰值吸收系数为4.45cm^-1, 激光波长1064nm处的吸收系数为0.11cm^-1; 主荧光发射峰位于1064nm处, 半高宽为0.82nm, 荧光寿命为258μs. 用LD端面泵浦Nd:YAG陶瓷样品(泵浦源最大输出功率为1000mW), 获得了波长为1064nm的连续激光输出, 激光阈值约530mW, 斜率效率为23.2%, 最大泵浦吸收功率为731mW时, 最大输出功率为45mW.     

加入敏化离子C_r~（3＋）的RE：YAG晶体中能量转移

测量了Ｃｒ３＋和ＲＥ３＋（Ｔｍ３＋，Ｈｏ３＋，Ｎｄ３＋）共掺的ＹＡＧ晶体的吸收谱、荧光谱和Ｃｒ３＋的荧光衰减曲线．计算了Ｃｒ３＋向ＲＥ３＋能量转移的效率和速率．它是依Ｈｏ３＋、Ｎｄ３＋，Ｔｍ３＋递增的，提出比较能量转移效率大小的简便方法．