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稀土掺杂能量上转换效率及机制的研究

【摘要】: 由于半导体激光技术的日趋成熟和人们对紧凑型全固态蓝绿 激光器在发展光盘技术、信息处理、彩色显示、彩色打印、医学诊 断和水下光通讯等技术领域的迫切需要,利用大功率半导体激光抽 运通过上转换方案实现紧凑型固态蓝绿激光的研究取得了令世人 瞩目的成就,但是就目前而言,通过该方案实现高效蓝绿激光输出 的激光工作物质尚很缺乏。因此,对稀土掺杂的基质材料的探索和 对上转换发光机制的深入研究就显得尤其重要。 我们在探讨基质材料对稀土离子的上转换发光的影响时,从基 质材料的声子能量、基质材料的类场参数(M)和稀土化合物的(M) 系数的关系分析了基质对稀土离子的上转换发光效率的影响,认为 选择低的截止声子能量和类场参数M和稀土化合物的M系数接近 的化合物作为基质材料是获得高效上转换发光材料的重要前提,保 证激发光光子能量与稀土离子和敏化离子的能级之间的匹配,是获 得高效上转换发光的一个基本条件。 运用速率方程分析了Er~(3+)-Yb~(3+)和Ho~(3+)-Yb~(3+)共掺杂系统的上转 换过程,分析认为,在Er~(3+)-Yb~(3+)共掺杂系统中,其上转换过程主要 是直接敏化上转换实现的。在Ho~(3+)-Yb~(3+)共掺杂系统中,我们发现, 可以利用某一特定光源对某一能级实现粒子数布居,抑制上能级向 该能级的辐射跃迁,从而可以提高这一特定辐射通道的跃迁效率。 很有趣的是,我们首次发现了Yb~(3+)离子的多条新颖的谱线,制 备并得到了几个系列发光很强的Yb~(3+)单掺杂样品。并利用类氢原子 模型计算了它的准能级值,同时利用碰撞机制模型解释了Yb~(3+)离子 的这些谱线的产生。 为了寻找基质中合适的稀土掺杂浓度,我们还研究了几种基质 中的浓度猝灭效应,找出该基质中最佳掺杂浓度的大致范围。

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