【摘 要】
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位于人眼安全范围内的2.7μm中红外波段的激光在光学通讯、精密外科手术、大气环境监控以及军事武器研究等诸多方面具有重要的应用。氟化钙透明陶瓷具有声子能量低、光学透过
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位于人眼安全范围内的2.7μm中红外波段的激光在光学通讯、精密外科手术、大气环境监控以及军事武器研究等诸多方面具有重要的应用。氟化钙透明陶瓷具有声子能量低、光学透过范围宽等优点,因此CaF2透明陶瓷有可能成为未来的激光材料。Er3+离子4Ⅰ11/2→4Ⅰ13/2的能级跃迁对应2.7μm的发光,并且该中红外发光是3 μm以上激光的理想的泵浦源,因此Er3+离子在中红外发光材料中被广泛研究。目前对于Er3+离子2.7 μm激光的产生主要需要解决的问题是下能级4113/2能级的寿命高于上能级4Ⅰ11/2能级的寿命而产生的自终止效应。本文从减弱自终止效应这一问题出发,通过对Er:CaF2透明陶瓷和Er,R:CaF2(R=Nd,Pr)透明陶瓷展开研究,表征了粉体的形貌以及陶瓷的断面形貌,测试了陶瓷的透过率和吸收发射光谱,测试了发光衰减曲线。主要工作内容以及研究结果有以下三部分:1.通过化学共沉淀法制备了 Er:CaF2纳米粉体,Er3+离子掺杂浓度分别为1,2,4,6,8,10 at.%。将上述粉体通过热压烧结制备成陶瓷。随着掺杂浓度的升高,近红外和中红外光的发射强度逐渐升高,分析了样品中可能存在的能量转移过程。4Ⅰ13/2能级的寿命由26.0 ms降低到了 21.3 ms,两能级寿命的差值由23.34 ms降低到了 13.04 ms。说明升高Er3+离子浓度有利于减弱自终止效应。2.使用同样的方法制备了 Er,Nd:CaF2透明陶瓷,Er3+离子掺杂浓度为1 at.%,Nd3+离子掺杂浓度为0、0.02和0.05 at.%。在808 nm和980 nm激发下,随着Nd3+离子掺杂浓度的升高,中红外和近红外的发光强度均逐渐降低。在980 nm激发下测得4113/2能级的寿命由26 ms下降到13.5 ms,上下能级寿命的差值由23.34 ms下降到10.69 ms。因此,Nd3+离子的加入能够明显起到去激活Er3+离子下能级的作用。3.使用同样的方法制备了 Er,Pr:CaF2透明陶瓷,Er3+离子掺杂浓度为3 at.%,Pr3+离子掺杂浓度为0、0.03、0.06和0.10 at.%。980 nm激发下,随着Pr3+离子掺杂浓度的升高,中红外和近红外的发光强度逐渐降低。在980 nm下测得4113/2能级的寿命由22.6 ms下降到6.27 ms,上下能级寿命的差值由14.49 ms下降到4.97 ms。因此,Pr3+离子的加入能够明显起到去激活Er3+离子下能级的作用。
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