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题名	稀土离子掺杂无机透明绝缘体材料红外光谱性质的研究
作者	杨艳民
答辩日期	2008-05-24
文献子类	博士
授予单位	中国科学院长春光学精密机械与物理所
授予地点	长春光学精密机械与物理所
导师	王 成
关键词	玻璃 红外光 纳米银粒子 光增强
其他题名	Investigation of infrared spectroscopic properties in rare earth ions doped insulating inorganic materials
学位专业	光学
英文摘要	稀土离子掺杂透明无机绝缘体材料（包括玻璃、晶体及透明玻璃陶瓷等）在光纤通讯、光信息处理、生物、传感器、医疗、及军事等领域有着广泛应用或潜在的应用前景，因此引起了国内、国际学者的广泛关注，并进行了深入的研究，其基质体系大致可分为卤化物、硫化物、氧化物及有氧酸盐类（包括硼酸盐、硅酸盐、磷酸盐、锗酸盐、钒酸盐、钨酸盐以及碲酸盐等）。以往的研究多集中在稀土离子掺杂的单一成分的有氧酸盐类基质，而对于含有两种或两种以上的有氧酸盐基质体系的研究却很少。本论文主要开展了复合型有氧酸盐基质材料制备及其掺杂的稀土离子的光谱性质的研究。掺杂的稀土离子包括Nd3+、Er3+、Ho3+、Tm3+、Yb3+ 等，对这些稀土离子光学跃迁性质、红外光谱、上转换特性等进行了研究，取得的主要结果如下： 1．制备了具有较宽组分变化范围的碲硼玻璃xB2O3 -(80-x) TeO2-10ZnO- 10Na2O(x=0-80)、碲磷玻璃xNaPO3-(80-x)TeO2-10ZnO-10Na2O (x=0-80)、碲锗玻璃xGeO2-(80-x)TeO2-10ZnO-10BaO(x=0-80)。研究了玻璃密度、摩尔体积、折射率、玻璃转化温度、基质声子能量，以及红外发射和上转换发光对玻璃基质组分的依赖关系。根据J-O理论计算了理论振子强度、J-O强度参数、辐射跃迁几率、辐射跃迁寿命，估算了个别能级的内量子效率。结果表明，基质组分变化对其自身物理性质和稀土离子的发光性质都产生很大影响。通过在碲酸盐玻璃中引入合适声子能量的组分，调整组分间比例，实现了Er3+的1.5mm发射增强。 2．制备了重掺杂银的硼酸盐玻璃，讨论了引入大量银离子对稀土离子光谱性质的影响。制备了具有较高折射率的碲酸盐氟氧化物玻璃，研究了其中红外及上转换发射性质，并在该体系中采用Nd3+和Er3+共掺杂实现了增强的2.7mm光发射。 3．由于稀土离子在GdVO4中比YAG、YLF中具有更大的红外光吸收截面，因此GdVO4被认为是理想稀土离子掺杂的激光晶体，并且对于该体系中实现近红外和和中红外激光的报导已经很多，然而对于其中Tm3+和Ho3+的光学跃迁性质尚无报导。我们测量的Tm3+和Ho3+掺杂的GdVO4晶体的极化吸收光谱，应用三参量Judd-Ofelt模型，考虑了极化吸收，对Tm3+和Ho3+的光学跃迁性质进行了计算，获得了光学跃迁强度参数，Tm3+的三个光学跃迁强度参数分别为 = 8.1610-20cm2, = 2.4510-20cm2, =0.9810-20cm2，Ho3+的三个光学跃迁强度参数分别为 =1.5110-20cm2, =1.6110-20cm2, =1.2210-20cm2。同时，分别计算了这两个稀土离子的能级间跃迁速率，分支比及辐射跃迁寿命等。我们也测量了Tm3+:1G43H6及3H43F4发射光谱，计算了发射截面。 4．银纳米粒子的存在引起稀土离子发光增强，文献已有报道，但是否是银纳米粒子表面等离子体振荡引起稀土离子发光增强还存在争论。我们用熔融退火技术，在锗酸盐、硼酸盐玻璃中观察到了银纳米粒子表面等离子体振荡吸收。研究了影响银纳米粒子表面等离子体振荡吸收峰位置的因素，实现了对吸收峰位置有效控制。通过Mie理论估计了不同退火时间样品银纳米粒子的半径，研究了银纳米粒子半径与稀土离子光发射的关系，得到了稀土离子发光最强的基质组分和相应的银纳米粒子半径数据。
语种	中文
公开日期	2012-03-21
页码	151
内容类型	学位论文
源URL	[http://159.226.165.120//handle/181722/689]
专题	长春光学精密机械与物理研究所_中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式 GB/T 7714	杨艳民. 稀土离子掺杂无机透明绝缘体材料红外光谱性质的研究[D]. 长春光学精密机械与物理所. 中国科学院长春光学精密机械与物理所. 2008.

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