掺镱石英玻璃的光学光谱和结构特性

掺镱石英光纤是高功率光纤激光器的核心元件,其纤芯材料是掺镱石英玻璃.掺镱石英光纤的性能与掺镱石英玻璃纤芯材料的性质密切相关.本文总结了应用溶胶-凝胶法结合高温粉末烧结的方法制备系列Al、P、F、B、Ce共掺杂的掺镱石英玻璃,以及不同共掺元素对掺镱石英玻璃的光学、光谱及结构的影响等方面的进展,为优化掺镱石英光纤的激光性能...     

Sc3+/Tm3+/Yb3+共掺六方NaYF4纳米粒子的上转换发光特性

稀土Tm3+和敏化剂(Yb3+)共掺NaYF4是目前发现的Tm3+上转换发光效率最高的材料,但还不能满足实际应用.实验中采用Sc3+/Tm3+/Yb3+共掺Na(Y1-x-y,Tmx,Yby)F4研究不同掺量Sc3+对Tm3+上转换发光效率的影响.用X射线多晶衍射仪和透射电子显微镜分析水热法合成样品的物相结构和晶粒尺寸...     

Ho3+/Yb3+掺杂铋镓酸盐光学玻璃的上转换发光

制备了高折射率Ho3 /Yb3 掺杂铋镓酸盐玻璃,用Brewster原理测量玻璃的折射率为2.296.用倒易法计算Yb3 的发射截面面积为2.109×10-20 cm2.在室温,用974nm激光器激发玻璃样品,观察并记录到强烈的双光子上转换荧光.分析认为:铋镓酸盐玻璃中Yb3 直接敏化Ho3 的上转换发光的激发机理是Yb3 到Ho3 的高效能量传递.上转换过程中红光相对强度较强的原因为:玻璃声子能量特性、最大能量声子密度降低和玻璃绿光区强吸收3方面因素增加了5F5能级上的粒子数布居,使5F5→5I8能级的跃迁几率升高,导致红光强度大于绿光强度.     

基于Er3+/Yb3+掺杂的上转换玻璃陶瓷材料的制备和性能

采用熔融-晶化法在ZnO-Al2 O3-SiO2系玻璃陶瓷的基础上,用GeO2取代部分SiO2成功制备出Er3+/Yb3+共掺ZnO-Al2 O3-GeO2-SiO2系玻璃陶瓷,并通过对样品的硬度及上转换荧光测试分析确定了GeO2的最佳取代量为7.5wt％.研究发现在980 nm波长光的激发下,样品产生了绿色(524 nm、546 nm)和红色(659 nm)上转换发光,且当Er3+/Yb3+掺杂比为2.5:6.5时样品上转换荧光强度最强.     

Yb:Ca5(PO4)3F激光晶体的生长缺陷

采用提拉法生长了质量优异的Yb：Ca5（PO4）2F（Yb：FAP）晶体。运用化学腐蚀,光学显微镜、扫描电子显微镜以及能量散射光谱仪观察了该晶体中的生长条纹和包裹物等宏观缺陷,以及晶体的位错腐蚀形貌、位错密度及其分布情况,同时观察了晶体中亚晶界的形态。由晶体中位错的径向变化以及生长条纹可知：晶体在生长过程中为微凸界面生长。高温下CaF2的挥发造成了在晶体生长后期熔体中组分偏离化学计量比,出现组分过冷,形成包裹物。且位错密度显著增加。Yb：FAP晶体的各向异性使得晶体在（10 10）面的位错蚀坑形状、大小以及深度不同,而（0001）面的位错蚀坑呈规则的六边形;这也是晶体中形成亚晶界结构的主要原因。讨论了减少晶体中缺陷的一些方法。     

Yb∶Ca_5(PO_4)_3F激光晶体的生长缺陷

采用提拉法生长了质量优异的Yb∶Ca5(PO4)3F(Yb∶FAP)晶体。运用化学腐蚀,光学显微镜、扫描电子显微镜以及能量散射光谱仪观察了该晶体中的生长条纹和包裹物等宏观缺陷,以及晶体的位错腐蚀形貌、位错密度及其分布情况,同时观察了晶体中亚晶界的形态。由晶体中位错的径向变化以及生长条纹可知:晶体在生长过程中为微凸界面生长。高温下CaF2的挥发造成了在晶体生长后期熔体中组分偏离化学计量比,出现组分过冷,形成包裹物,且位错密度显著增加。Yb∶FAP晶体的各向异性使得晶体在(10 10)面的位错蚀坑形状、大小以及深度不同,而(0001)面的位错蚀坑呈规则的六边形;这也是晶体中形成亚晶界结构的主要原因。讨论了减少晶体中缺陷的一些方法。     

Al,Ni掺杂ZnO的电子结构与光学性质

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了纯ZnO和分别掺摩尔分数均为6.25%Al,Ni的ZnO的能带结构、电子态密度分布及光学性质。计算结果表明:ZnO掺杂Al,Ni后,其Fermi面均上移并进入导带;Zn0.9375Ni0.0625O的能带结构在导带底附近出现了4条杂质带。纯ZnO,Zn0.9375Al0.0625O和Zn0.9375Ni0.0625O的光学性质在低能处有较大的差异,其中Zn0.9375Al0.0625O在可见光区的吸收系数和反射率较之另外两种材料都相对较低,但三者的光学性质在高能处却非常相似。Zn0.9375Al0.0625O的吸收边有蓝移的趋势,而Zn0.9375Ni0.0625O的吸收边红移。掺杂Ni对ZnO的吸收系数等光学性质的改变更为明显。     

Nd3+/Yb3+/Tm3+共掺杂NaY（WO4）2纳米晶的制备及其上转换发光性能EI北大核心CSCD

采用水热法合成出Nd^3＋/Yb^3＋/Tm^3＋共掺杂NaY（WO4）2纳米晶。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、红外光谱、荧光光谱等,对合成样品的晶体结构、形貌和上转换发光性能进行表征。结果表明：合成的样品均为纯四方相的NaY（WO4）2,粒径在50～55 nm之间。利用聚乙二醇（PEG-2000）作为表面活性剂制得的上转换纳米粒子,尺寸小、分散性好并且具有一定的水溶性。在808 nm近红外光激发下,观察到469 nm处的蓝光发射峰以及539 nm处的绿光发射峰,其中蓝光来自Tm^3＋的^1G4→^3H6能级跃迁,绿光由Tm^3＋的^1D2→^3H5跃迁产生。并研究了共掺杂体系中Nd^3＋→Yb^3＋→Tm^3＋的能量传递过程及其上转换发光机理。     

Yb3+和Ce3+对Er3+掺杂碲酸盐玻璃光谱性质的影响

;在掺Er3 的70TeO2-20ZnO-5La2O3-5Nb2O5(各组成以摩尔比计)玻璃中引入Yb3 和Ce3 ,分析比较了975nm泵浦下Yb3 和Ce3 对于Er3 的1.5μm波段红外荧光和可见上转换发光特性的影响.结果表明:在掺Er3 的碲酸盐玻璃中引入Yb3 ,有效地提高了Er3 的1.5μm波段红外荧光强度、展宽了其荧光谱,也显著增强了可见上转换发光强度.随着玻璃中Ce3 的引入,进一步提高了Er3 的4I11/2→4I13/2能级间无辐射弛豫速率,1.5μm波段红外荧光也得到进一步增强,但可见上转换发光大幅减弱.与Er3 /Yb3 共掺相比,Er3 /yb3 /Ce3 共掺碲酸盐玻璃是一种更为理想的应用于1.5 μm波段宽带放大器的增益介质.     

荧光粉NaSrB5O9:Ce3+,Pr3+,Eu3+, Tb3+的制备及结构表征

通过高温固相反应,合成了一种硼酸盐基质NaSrB_5O_9,讨论了通过调整H_3BO_3的含量以达到纯相。制备了系列稀土离子Ce~(3+)、Pr~(3+)、Eu~(3+)、Tb~(3+)单掺和Ce~(3+)-Pr~(3+)、Eu~(3+)-Tb~(3+)共掺于NaSrB_5O_9基质中的样品,均为潜在的稀土荧光材料。NaSrB_5O_9中心金属Sr~(2+)离子与8个O~(2-)离子配位,形成一个扭曲的十二面体。稀土离子认为取代并占据了Sr~(2+)的格位,在掺杂浓度范围内均保持NaSrB_5O_9的结构。在此,我们详细报道了上述样品的制备方法和结构表征过程。     

Yb3+/Er3+共掺碲钨酸盐玻璃的能量传递与频率上转换发光

在970nm LD激发和Er^3 离子浓度几乎不变情况下，研究了Yb^3 ／Er^3 共掺碲钨酸盐玻璃中的能量传递和其上转换发光特性。结果表明：随掺Yb^3 浓度的增加，Yb^3 ／Er^3 间能量传递效率也增加，其值在0．52到0．60之间。在Yb^3 ／Er^3 共掺碲钨酸盐玻璃中观察到峰值分别位于533，547nm和668nm的上转换绿光和红光，它们分别来源于Er^3 离子^2H11/2→^4I15／2(533nm)，^4S3／2→^4I15／2(547nm)和^4F9/2→^4I15／2(668nm)辐射跃迁。上转换红光和绿光均为双光子过程，且随Yb^3 离子掺杂浓度的增加，上转换红绿光强度和其强度比值Ic／Ig也增加，这被认为是与激发态Er^3 与激发态Yb^3 之间的能量传递过程有关。     

稀土离子Ce,Eu掺杂氟化镁钾荧光粉的光谱性质

采用高温固相反应法合成了Eu²⁺,Ce³⁺单掺和共掺KMgF₃。分析了样品的结构,结果表明,所合成的样品均为单相。测定了它们的激发和发射光谱,结果显示:在Eu²⁺单掺KMgF₃中,发现峰值位于360nm附近的锐峰线发射;在KMgF₃双掺体系中,只能观察到Eu²⁺的发射光谱,并且Eu²⁺的发射强度随着Eu²⁺的浓度增加而增强,说明在共掺体系中存在Ce³⁺→Eu²⁺能量传递过程。     

Yb3Al5O12激光晶体的生长

采用中频感应提拉法成功生长出Yb3Al5O12(YbAG)激光晶体.通过X射线粉末衍射分析,得出了YbAG晶体的晶胞参数a=1.193799nm,β=90°,V=1.70135nm3;密度为6.62g/cm3.测量了室温下YbAG晶体的吸收光谱和发射光谱特性.研究表明在938nm和968nm处存在Yb3+离子的2个吸收带,能与InGaAs激光二极管(LD)有效耦合,适合激光二极管泵浦;其荧光主峰位于1036nm附近,YbAG晶体的荧光寿命为270μs.     

Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃中Tm3+交叉弛豫主导的2.0μm发光特性

研究了不同摩尔分数Tm3 掺杂下Tm3 /Ho3 共掺碲酸盐玻璃在2.0μm处的发光特性.此发光包括两个过程:Tm3 之间的交叉弛豫过程;通过Tm3 与Ho3 之间的能量转移,将能量传递给Ho3 而使Ho3 跃迁至5I7能级上产生布居,当Ho3 跃迁回基态时则发出波长为2.0μm的光.计算了Tm3 的交叉弛豫速率,并根据速率方程分析了Tm3 的交叉弛豫机理.结果表明:随着Tm3 浓度增加,交叉弛豫逐渐增强;2.0μm处发光的强度逐渐增强.证明了在Tm3 /Ho3 共掺情况下,2.0μm处的发光强度取决于Tm3 的交叉弛豫强度.     

Gd2O3掺杂ZrO2固体电解质材料的局域结构分析

采用分子动力学模拟和X射线衍射研究了Gd2O3掺杂ZrO2固体电解质材料的结构,计算并分析了Gd2O3掺杂量对体系局域结构和配位数的影响。结果表明：当Gd2O3掺杂量超过8%（摩尔分数,下同）时,在1 000℃ZrO2的立方结构能够稳定。利用离子对的径向分布函数在原子层面上分析了Gd2O3对氧化锆立方萤石结构的稳定机理...     

Yb3+/Er3+共掺锗酸盐氧氟微晶玻璃的白光输出

对组成为50GeO_2-20Al_2O_3-15CaF_2-15LiF稀土离子锗酸盐氧氟玻璃在550℃微晶化热处理24h,得到了透明的微晶玻璃。X射线衍射表明:玻璃中析出了CaF_2纳米晶粒,晶粒尺寸在17 nm左右。在980 nm泵浦光的激发下,Yb~(3+)/Er~(3+)双掺微晶玻璃产生了蓝绿红上转换荧光。随着玻璃中Yb~(3+)的掺杂浓度的增加蓝光和红光荧光强度增大,其中5%Yb~(3+)/1%Er~(3+)(摩尔分数,下同)的微晶玻璃样品的上转换发光已经出现白光效果。通过研究一系列高Yb~(3+)/Er~(3+)浓度比的共掺微晶玻璃样品,实现了对上转换红光绿光与蓝光的荧光强度比例的调整,当Yb~(3+)掺杂浓度为12%、Er~(3+)掺杂浓度为0.01%时,微晶玻璃的上转化发光接近白光。     

Ta_2O_5掺杂Bi_2O_3–ZnO–Nb_2O_5陶瓷的晶体结构、结晶化学及介电性能

采用固相反应法制备Bi1.5ZnNb1.5–xTaxO7陶瓷,研究了不同掺杂量Ta2O5对Bi2O3–ZnO–Nb2O5陶瓷相结构、晶体化学特性和介电性能的影响。结果表明:当x≤0.1时,样品均保持单一的立方焦绿石结构(α–BZN)。通过对样品结晶化学计算发现,随着Ta2O5掺杂量的增加,晶格常数a逐渐减小,结晶化学参数键价和AV(O')[A4]增大,AV(O)[A2B2]减小,48f(O)坐标ξ增加。在组成样品晶体结构的多面体中,由6个48f(O)组成的八面体结构(BO6)逐渐变得扭曲,而6个48f(O)和2个8b(O')组成的六面体结构逐渐变得规则,向正立方体结构变化。室温下样品的介电常数和损耗随Ta2O5掺杂量的增加而减小,弛豫度逐渐减小。     

Al2O3–RE2O3(RE=Lu,Y,Gd,La)烧结助剂对Si3N4陶瓷结构和性能的影响

以α-Si_3N_4粉末为原料、Al_2O_3–RE_2O_3(RE=Lu,Y,Gd和La)为烧结助剂,在1 800℃压烧结制备氮化硅陶瓷,研究了不同烧结助剂对材料的相组成、微观结构和力学性能的影响。结果表明:样品中α-Si_3N_4完全转化为β-Si_3N_4,所形成的长柱状晶粒生长发育良好。随着稀土阳离子半径的增大,材料的相对密度和力学性能呈增加趋势,其中Si_3N_4–Al_2O_3–Gd_2O_3的抗弯强度和断裂韧性分别达到860 MPa和7.2 MPa·m~(1/2)。由于稀土离子对烧结液相黏度的影响,Si_3N_4–Al_2O_3–Lu_2O_3和Si_3N_4–Al_2O_3–Y_2O_3中出现了晶粒异常长大的现象,而Si_3N_4–Al_2O_3–La_2O_3的基体与柱状晶粒界面结合较大导致材料力学性能降低。     

Ce和Ca共掺杂BaTiO_3陶瓷的结构和介电性质研究

通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(RS)、扫描电子显微镜(SEM)、电子顺磁共振(EPR)和介电测试技术研究了Ce和Ca共掺杂BaTiO_3陶瓷的结构、价态、位占据和介电性质。Ba/Ti比例有效的影响了陶瓷的结构。所有陶瓷样品中Ce离子不能以Ce~(4+)完全并入Ti位,或以Ce~(3+)完全并入Ba位。当Ba/Ti=1,(Ba_(1-x)Ca_x)(Ti_(0.95)Ce_(0.05))O_3(x=0.05)陶瓷形成单相四方结构,具有Ba位(Ca~(2+)/Ce~(3+))和Ti位(Ca~(2+)/Ce~(4+))混合价态的双位占据,缺陷复合体Ca~(2+)-Ce~(4+)形成。CeCa_5A(Ba/Ti=0.937)陶瓷为单相立方结构,展现一级相变的介电行为,室温附近具有非常高的介电常数(ε′=16000)。