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时间分辨光谱系统设计与稀土氟化物单晶及稀土聚合物材料的光谱分析

董宁  
【摘要】:本论文主要讨论了以下内容:明确了发光的基本概念,对稀土离子发光原理以及研究现状进行了概述;接下来讨论了时间分辨光谱系统的设计;然后介绍了稀土离子自由离子和晶体场理论,并在其基础上进行了氟化物单晶材料常规光谱和真空紫外光谱分析及晶场计算:最后研究了稀土聚合物材料的光谱性质。 在时间分辨光谱仪的设计中,对时间分辨光谱的基本理论进行了讨论,分析了脉冲荧光法和相移荧光法的基本原理,讨论了TCSPC技术和Stroscopic技术在时间分辨光谱仪器中的应用。在Stroscopic原理的基础上,设计了延迟控制器和线性门等部件,利用纳秒脉冲Nd:YAG激光器作为光源,结合锁相放大器实现了延迟及窗口从0.1μs-100ms可调的时间分辨光谱系统和精度达到0.1μs的寿命测量装置,完成了计算机控制采集软件和硬件设备的设计工作。 详细阐述了稀土离子的自由离子和晶体场计算理论,并通过低温下的选择激发以及寿命测量等手段,分析了LiKGdF_5:Er~(3+),Sm~(3+)单晶材料的光谱特性,从实验上确定了相当部分的能级数据,并在此基础上,应用M.F.Reid的4f晶场能级计算程序对Er~(3+)和Sm~(3+)在LiKGdF_5晶场下的能级进行了拟合,得到了相应的晶场参数。从发光和显示的工业需求出发描述了量子剪裁现象,并在北京高能物理研究所的真空紫外站上观察到了LiKGdF_5:Er~(3+),Sm~(3+)体系中的量子剪裁现象,并对其真空紫外光谱进行了分析和讨论。 最后概述了稀土聚合物发光的现状和研究热点,详细说明了Judd-Ofelt的4f-4f跃迁强度计算理论。合成了Sm(DBM)_3掺杂的PMMA聚合物样品,在光谱分析的基础上,编程应用Judd-Ofelt理论进行了强度拟合。合成了三种不同第二配体的Sm(DBM)_3掺杂的PMMA聚合物样品,并就第二配体就稀土聚合物光谱性质的影响进行了分析。


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