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稀土Pr~(3+),Nd~(3+)高能激发态的发光性质研究

祁士群  
【摘要】: 稀土离子中,Pr~(3+)离子高能态具有特殊性质,4f~2组态中~1S_0是最高能级,如果~1S_0在4f5d组态最低之下则可能出现量子剪裁现象,此外,电子能从4f5d直接向下跃迁,这些特性使得Pr~(3+)离子可以作为无机发光和激光材料中一种非常重要的激活剂、紫外可调谐激光器及快速闪烁体。Nd~(3+)离子的能级丰富,适合作为激光介质,Nd~(3+)很早就被应用在激光器中。本论文研究了铝酸锶掺Pr~(3+)离子在真空紫外光激发下的热激发、同一基质中不同格位的Pr~(3+)离子的4f5d的性质,同时也研究了Nd~(3+)离子的浓度与跃迁的关系。通过对以上两种稀土离子的研究,得到如下结论: 1.在VUV光激发下,在光谱的短波端出现了随温度升高而相对增强的宽带发射。根据掺杂在SrAl_(12)O_(19)中Pr~(3+)的能级结构特点,应用能级的热平衡模型,拟合理论值与实验值,证明光谱中的宽带发射来源于Pr~(3+)4f5d组态能级。热激发降低了通过光子分步发射获得可见光的效率,这为选择量子剪裁材料时增加了一个必须考虑的因素。 2.在KLu_3F_(10):Pr~(3+)和NH_4Lu_2F_7:Pr~(3+)中,Pr~(3+)占据两种不同的格位,它们可以通过发射光谱和衰减特性来区分开。一种格位中的离子可以被182 nm的光激发,发生4f5d和~1S_0的发射,而另外一种格位中的Pr~(3+)离子可以被209 nm的光激发,只产生4f5d的发射。为进一步证实结论,测量了样品中Pr~(3+)离子能级寿命衰减曲线,拟合实验曲线发现在KLu_3F_(10):Pr~(3+)中Pr~(3+)离子同一能级存在两种不同的能级寿命,证实Pr~(3+)存在两种不同的格位,从能级结构来看一种是4f5d最低能级在~1S_0能级之上;另一种是4f5d最低能级在~1S_0能级之下。 3.在YAG:Nd~(3+)中,监测398 nm的发光时可以观察到基质(YAG)的吸收和Nd~(3+)离子的4f~3→4f~25d的吸收,这主要是自陷激子(STE)复合时产生398 nm的发光,和Nd~(3+)的发光。当基质被激发时,要么形成SET,要么把能量传递给Nd~(3+)离子,因此会产生基质的吸收和Nd~(3+)离子的吸收。当浓度增加时,Nd~(3+)离子发生浓度猝灭,导致Nd~(3+)离子的4f~3→4f~25d吸收减弱,而基质的发射是常数,因此保持不变。


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1 祁士群;稀土Pr~(3+),Nd~(3+)高能激发态的发光性质研究[D];北京交通大学;2007年
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