ZnWO_4：Tm～（3+）单晶生长和上转换发光研究

徐东勇  

【摘要】： 上转换发光现象的发现已经有了四十多年的历史，其间也有了一定的发展。但 由于效率低，进一步应用和发展都受到限制。随着对全固态激光器的迫切需求，特 别是作为泵浦源的大功率激光二极管的出现及迅猛发展，上转换发光材料又迎来了 新的发展机遇——激光二极管泵浦上转换激光晶体实现短波长全固态激光器是十分 有前途和吸引力的方案之一。文中介绍了上转换发光的发展历程及作为激光材料的 最新进展情况，阐述了形成上转换发光的四种机制及影响发光强度结构方面的因素。 ZnWO_4属单斜晶系，空间群P2/c，弱晶体场，钨离子为+6价，有利于提高上 转换发光强度。精心设计了温场和选择了工艺参数——轴向温度梯度△G≥30℃ /cm，转速25～40转/分钟，拉速≤4mm/小时，用Czochralski法成功地生长出了具有 不同掺杂浓度的光学质量的ZnWO_4单晶。通过埋在有高温相变的介质——氧化铝中 退火，提高了晶体在可见光波段的透过率。密度实验结果表明掺杂的Tm~(3+)离子占据 了Zn~(2+)离子的晶格位而生成了置换型固溶体。用电感耦合等离子体原子发射光谱法 测定了Tm~(3+)离子在钨酸锌中的分凝系数，约为0.27。 测量了ZnWO_4∶Tm~(3+)和ZnWO_4∶Tm~(3+)，Yb~(3+)的吸收光谱。由于对称性低，Tm~(3+)离子 的~3H_4能级分裂达26.7nm，所以ZnWO_4∶Tm~(3+)和ZnWO_4∶Tm~(3+)，Yb~(3+)十分适合用808nm激 光二极管激发。确定了Tm~(3+)离子和Yb~(3+)离子的能级分布，并计算了Tm~(3+)离子的吸收 截面为1.58×10~(-20)cm~2。ZnWO_4∶Tm~(3+)中，能够观测到三个上转换荧光峰，分别是对 应于~1D_2→~3H_6、~1G_4→~3H_6和~3F_3→~3H_6跃迁的404、486和695nm发光，其发光强度与 泵浦功率分别成1.2、0.8和1.2次方关系，其中以695nm的发光为最强。而在 ZnWO_4∶Tm~(3+)，Yb~(3+)中，486nm发光强度增强了两个数量级以上，成为最强的发光，造 成这种现象的原因是存在Yb~(3+)离子向Tm~(3+)离子的共振能量传递，这种敏化机制属于 间接上转换敏化。双掺晶体中695、486和404nm发光与激发功率分别成1.13、1.81 和2.44次方关系。经计算Tm~(3+)离子的发射截面为3.99×10~(-17)cm~2。

【关键词】：晶体生长 上转换发光 ZnWO4：Tm3+ ZnWO4：Tm3+ Yb3+ 激光
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2001
【分类号】：O782
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2001.011886
【目录】：

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