LD脉冲泵浦Er^(3+)/Yb^(3+):Lu_(2)Si_(2)O_(7)晶体百kHz激光器

目前1.5μm激光二极管(Laser Diode,LD)泵浦的铒镱共掺玻璃/晶体被动调Q微型激光器广泛应用于激光测距、激光雷达等领域。随着激光器输出重频的增加,玻璃面临突出的热效应问题,晶体的热导率是玻璃的10倍以上,有望能够实现比玻璃基质更高重频的激光输出。报道了一种通过LD脉冲端面泵浦Er^(3+)/Yb^(3+):Lu_(2)Si_(2)O_(7)晶体的百kHz人眼安全激光器。通过实验优化增益介质掺杂浓度和长度、泵浦光斑尺寸和调Q晶体初始透过率等实验参数,同时适当缩短脉宽,优化泵浦占空比,提高了输出重频的稳定性。最终获得了重频为100 kHz、单脉冲能量0.7μJ、脉冲宽度240 ns、光束质量M^(2)=1.61的1537 nm脉冲激光输出。实现了输出脉冲频率与泵浦的一致,保证了输出重频的稳定性,有效解决了输出重频具有随机性、不稳定、不可控等问题。

NaGd(MoO_(4))_(2)∶Er^(3+),Yb^(3+)发光粉的合成与上转换发光性质

采用水热法合成了系列NaGd(MoO_(4))_(2)∶Er^(3+),Yb^(3+)上转换发光粉。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和上转换发光光谱仪等对样品的结构、形貌和发光性能进行表征。结果显示,合成的样品均具有四方晶系NaGd(MoO_(4))_(2)结构;pH对样品的形貌有影响;980nm红外光激发下,NaGd(MoO_(4))_(2)∶Er^(3+),Yb^(3+)上转换发光粉显示来自于Er^(3+)的^(2)H_(11/2)→^(4)I_(15)和^(4)S_(3/2)→^(4)I_(15/2)跃迁产生的绿光发射和4I 9/2→4I 15/2跃迁产生的红光发射。比较各样品的发光强度和绿光/红光相对积分强度比,结果显示上转换发光强度和绿光/红光相对积分强度比与晶粒尺寸、晶粒表面形貌,以及Er^(3+)和Yb^(3+)掺杂浓度有关。讨论了可能的上转换发光过程,并计算了样品的色坐标。

动态缺陷导致Na_(3)Sc_(2)(PO_(4))_(3):Yb^(3+),Er^(3+)材料上转换和下转移发光不同热猝灭行为研究

掺Eu^(2+)的离子导体Na_(3)Sc_(2)(PO_(4))_(3)具有优异的抗热猝灭性能,是一种很有前景的大功率照明用发光材料。然而,其负热猝灭机理仍有待深入研究。本文以Yb^(3+)/Er^(3+)的f-f跃迁上转换和下转移窄带发射而非更易受干扰的Eu^(2+)d-f跃迁发射为研究对象,旨在获得更清晰的机理。结果表明,热致缺陷/离子的动态迁移能促进高温下辐射跃迁和抑制非辐射跃迁,导致上转换发光具有显著的负热猝灭,下转移发光热猝灭较小。其中,布居速率较慢的上转换过程更容易受到时间尺度与之相当的Na^(+)/空位迁移过程的影响。本研究可为理解发光材料热猝灭机制提供另一种视角。

Y_(2)O_(3):Yb^(3+),Er^(3+)上转化荧光纳米粒子在潜指纹显现中的应用

文章通过高温煅烧方法制备出Y_(2)O_(3):Yb^(3+),Er^(3+)纳米粒子,通过XRD、TEM和元素面扫描对其特性进行研究。通过该方法成功制备出Y_(2)O_(3):Yb^(3+),Er^(3+)纳米粒子,该纳米粒子具有较好的分散性,尺寸约为100 nm。在980 nm近红外光的激发下,产生绿色和红色两个发光带。Y_(2)O_(3):Yb^(3+),Er^(3+)在980 nm近红外光的激发下,可以有效地显现红色纸盒和绿色塑料卡片等带有颜色干扰的非渗透性客体表面的潜指纹,由于激发波长为近红外光,可以完全避免背景荧光的干扰,最大程度上显现指纹的一级和二级结构特征。此外,在与商品红色荧光粉末的比较研究中发现,在有荧光特性的渗透性客体表面的潜指纹显现中,Y_(2)O_(3):Yb^(3+),Er^(3+)纳米粒子具有优势,呈现出更加清晰的指纹轮廓和纹线,可以有效消除背景花纹的干扰,具有较高的灵敏度和选择性。

LD泵浦Er^(3+)/Yb^(3+):Lu_(2)Si_(2)O_(7)晶体kHz微型激光器

目前1.5μm LD泵浦的铒镱共掺玻璃/晶体被动调Q微型激光器广泛应用于激光测距、激光雷达等领域。随着激光器输出能量和重频的增加,玻璃面临突出的热效应问题,晶体的热导率是玻璃的10倍以上,有望能够实现比玻璃基质更大脉冲能量和更高重频的激光输出。文中报道了一种采用LD脉冲端面泵浦、铒镱共掺焦硅酸镥晶体为增益介质的1537 nm被动调Q微型激光器。通过优化泵浦光斑大小、输出镜透过率与调Q晶体初始透过率相匹配,实现激光输出重频与泵浦重频一致。最终实现了输出重频为1 kHz、单脉冲能量35μJ、脉冲宽度7 ns、峰值功率为5 kW、光束质量因子M^(2)=1.33的激光输出。以及输出重频为10 kHz、单脉冲能量10μJ、脉冲宽度10 ns、峰值功率为1 kW、光束质量因子M^(2)=1.51的激光输出。结果表明,Er^(3+)/Yb^(3+):Lu_(2)Si_(2)O_(7)晶体是实现高重频1.5μm激光输出的优良介质。文中研究结果对LD脉冲端面泵浦的kHz铒镱共掺晶体被动调Q人眼安全微片激光器具有重要的参考意义。

掺杂浓度对BaGd_2ZnO_5∶Er^(3+)/Yb^(3+)荧光粉上转换发光的影响

采用传统高温固相法合成了一个系列不同Er3+浓度单掺的BaGd2ZnO5荧光粉和两个系列分别改变Er3+、Yb3+浓度的共掺杂BaGd2ZnO5荧光粉.采用X射线衍射对得到荧光粉的晶体结构进行了分析,证实所有产物均为纯相BaGd2ZnO5,掺杂浓度的变化未引起晶相改变.采用980nm激光作为激发源,在同样条件下测量了不同稀土掺杂浓度样品的上转换发射光谱.实验发现Er3+单掺杂样品的绿色上转换发光强于红色上转换发光;当Yb3+浓度为20%,不同Er3+浓度共掺杂样品的红色上转换发光强于绿色发射上转换发射;而固定Er3+浓度为5%,不同Yb3+浓度样品的红色和绿色上转换发射强度均较强.研究了不同稀土离子掺杂浓度样品的上转换发光强度与激光器工作电流(即不同激发功率密度)的关系,通过分析发现所有样品的红色和绿色上转换发光均为双光子过程.计算了不同稀土掺杂浓度样品的色坐标,发现掺杂浓度对样品色坐标具有较大影响,通过调整掺杂浓度可对色坐标进行调整.

Er^(3+)/Yb^(3+)共掺杂SrF_2纳米晶的合成及上转换发光特性

利用水热法以聚乙二醇作为分散剂合成了Er3+和Yb3+共掺的SrF2纳米晶。在980 nm半导体激光器激发下,研究了不同Er3+离子掺杂浓度对发光性能的影响,确定了最佳掺杂浓度比,讨论了退火温度对样品发光的影响及样品的协作敏化和声子辅助共振能量传递的上转换发光机制。用X射线衍射和透射电镜对样品的结构和粒度进行了分析。研究结果表明:用水热法在180℃保温13 h下,合成的样品粒径约为50 nm;当cYb3+∶cEr3+=4∶1,而对Er3+掺杂浓度为1.3mol%时,样品上转换发光强度达到最强。

Yb^(3＋),Er^(3＋)共掺BaGd_2ZnO_5材料的制备及其上转换发光效率

采用溶胶-凝胶法制备了含有不同Yb3+,Er3+掺杂浓度的BaGd2ZnO5上转换发光材料,测量了这些样品在不同激发光密度下的上转换光发射功率及上转换效率。实验结果表明:在不同激发光密度下,所有样品的光发射功率都存在极大值,其中Yb3+掺杂摩尔分数为4%,Er3+掺杂摩尔分数为1%时样品的最大发射光功率可达20 mW;样品的上转换绝对效率也存在极大值,随着Yb3+和Er3+浓度增加,绝对效率的极大值向较低激发光密度方向移动,在Yb3+掺杂摩尔分数为9%,Er3+掺杂摩尔分数为3%时样品的上转换效率达到最高,绝对效率为3.2%,极值效率最大值为6.9%。

高发光强度上转换材料Y_2O_3∶Er,Yb纳米晶的制备

将反相乳液合成方法与水热处理方法相结合,获得Y2O3∶Er,Yb纳米晶的前驱体,经过一定温度灼烧,获得了高发光强度的上转换Y2O3∶Er,Yb纳米晶,经水热处理的纳米晶样品具有更好的晶体结构,有利于激发电子在Er离子4F9/2能级上的分布,进而导致红色发射强度极大地提高.

低温凝胶燃烧法合成Y_2O_3:Er^(3+),Yb^(3+)纳米晶上转换发光材料

分别以柠檬酸和甘氨酸为燃烧剂,采用低温凝胶燃烧法合成了Er3+、Yb3+共掺Y2O3纳米晶粉体。通过TG-DSC、XRD、SEM等分析手段对两种燃烧剂所对应的反应过程及纳米晶粉体的物理性能进行了分析,结果表明甘氨酸法具有更高的反应效率、更好的粉体分散性及粒径均匀性。在980 nm激光二极管(LD)激发下,对甘氨酸法所得样品的上转换发光性能分析表明,绿光和红光发射谱带分别来自于Er3+的4S3/2/2H11/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁。此外,对Er3+和Yb3+掺杂浓度、粉体煅烧温度对纳米晶样品上转换发光性能的影响进行了讨论。

TSSG法生长Er^(3+)/Yb^(3+):KY(WO_4)_2激光晶体及性能表征

采用TSSG法生长出尺寸为15mm×18mm×25mm的Er3+/Yb3+:KY(WO4)2晶体,XRD分析表明所生长的晶体为β-Er/Yb:KYW。对晶体进行了TG-DTA分析,结果表明晶体的相转变温度和熔点分别为1031℃和1067℃。测得晶体的红外和拉曼光谱,并对峰值与相应的原子基团振动进行了指认。测得样品的吸收光谱,结果表明晶体在380nm,525nm,933nm和981nm处都存在较强的吸收峰,并计算出主峰981nm的吸收截面积σabs=3.2×10-20cm2。分别用激发源为488nm和978nm对晶体进行了荧光光谱测试,并测得978nm激发时荧光寿命为4.8ms。对比分析表明在Er:KYW中掺入Yb3+作为敏化离子是可行的,能够提高对泵浦光吸收,有利于得到更强的1540nm的激光。

CaO对提高Er^(3+)/Yb^(3+)共掺ZrO_2上转换发光效率的研究

采用固相反应法在1000℃烧结得到了Er3+/Yb3+共掺杂ZrO2-CaO粉末样品,样品在980 nm激发下发射较强的绿红光,发射光谱显示三个主要发射峰,中心波长依次为658 nm、544 nm和530 nm,文中利用速率方程讨论了样品的上转换发光与抽运功率的关系,对绿红光的上转换发光途径进行了分析。通过XRD检测发现,在ZrO2基质中加入适量的CaO有利于提高样品的上转换发光效率。

Gd_2O_3:Yb^(3+),Er^(3+)上转换纳米纤维的制备与表征

采用溶胶-凝胶法与静电纺丝技术相结合制备了PVA/[Gd(NO3)3+Yb(NO3)3+Er(NO3)3]复合纳米纤维,将其进行热处理,得到Gd2O3:Yb3+,Er3+上转换纳米纤维.采用XRD、SEM、TG-DTA、FTIR和荧光光谱对样品进行了表征.结果表明:复合纳米纤维为无定型,Gd2O3:Yb3+,Er3+上转换纳米纤维属于体心立方晶系,空间群为Ia3.复合纳米纤维的平均直径约为140nm,经过600℃焙烧后,获得了直径约60nm的Gd2O3:Yb3+,Er3+上转换纳米纤维.当焙烧温度高于600℃时,复合纳米纤维中水分、有机物和硝酸盐分解挥发完毕,样品不再失重,总失重率为81%.复合纳米纤维的红外光谱与纯PVA的红外光谱一致,600℃以上时,生成了Gd2O3:Yb3+,Er3+上转换纳米纤维.该纤维在980nm激光激发下发射出中心波长为522nm、560nm的绿色和659nm的红色上转换荧光,对应于Er3+离子的2H11/2/4S3/2→4Il5/2跃迁和4F9/2→4Il5/2跃迁.在Gd2O3:Yb3+,Er3+上转换纳米纤维形成过程中,PVA分子起到了导向模板作用.PVA/[Gd(NO3)3+Yb(NO3)3+Er(NO3)3]复合纳米纤维在热处理过程中,PVA分解挥发,稀土硝酸盐分解并氧化生成Gd2O3:Yb3+,Er3+纳米颗粒,这些纳米颗粒相互联结起来形成了Gd2O3:Yb3+,Er3+上转换纳米纤维.

Er/Yb∶KY(WO_4)_2晶体的各向吸收光谱和上转换发光特性

测试了Er/Yb∶KY(WO4)2晶体在室温下3个轴Ng,Np,Nm方向上的吸收光谱,分析比较光谱特性,并计算出各能级跃迁的吸收截面,其中沿Np轴方向有最强的吸收和较大的吸收截面,这有利于激光上能级的粒子数堆积,增大跃迁几率,加强荧光输出。由于掺入Yb3+离子,晶体在980 nm附近有很强的吸收和较大的半峰宽。该晶体在980 nm激光泵浦下有上转换绿光和红光,3个晶轴Np,Ng,Nm轴方向的上转换荧光,波峰位置相差甚微,强弱区别明显,且呈现的各向异性,其中Np方向最强。

Yb^(3+)/Er^(3+)共掺BaGd_2O_4荧光粉的制备及其上转换发光性质

采用溶胶-凝胶法制备了Yb3+/Er3+共掺杂BaGd2O4上转换荧光粉。研究了退火温度对BaGd2O4晶体结构的影响,以及Yb3+/Er3+共掺杂的BaGd2O4荧光粉在971 nm LED激发下,激发密度与上转换发射光功率及效率的关系。研究结果表明,尽管BaGd2O4与目前报道效率最高的Yb3+/Er3+共掺杂BaGd2ZnO5基质的最高声子能量相同,但光-光转换效率却相差82倍,极值量子效率相差7.8倍。结论认为,在声子能量不是很高的情况下,材料结构是影响上转换效率的主要因素。

BaIn_6Y_2O_(13)∶Yb^(3+),Er^(3+)的制备及上转换发光性质的研究

采用高温固相法合成了不同Yb3+和Er3+掺杂浓度的BaIn6Y2O13上转换发光材料。XRD数据显示,所合成的BaIn6Y2O13∶Yb3+,Er3+属于六方晶系,引入激活剂并没有改变基质的晶体结构。利用971nm半导体激光器激发样品,测量样品在不同激发光密度下上转换发射光谱和发射光功率,计算了上转换能量效率。数据表明在激发密度不变,激活剂浓度增加时,上转换光绿红比减小;激活剂浓度不变激发光密度增加时,发射光绿红比增大。分析表明是由于Er3+之间的交叉弛豫增强导致绿红比随激活剂掺杂浓度的增加而减小;Yb3+和Er3+之间的能量传递和Er3+的激发态吸收增强导致绿红比随激发密度的增加而增大。随着激发功率增加,在较低激发功率时,上转换绿光发射强度与激发功率的二次方成正比;在较高激发功率时,上转换绿光发射强度与激发功率的一次方成正比,与报道的结果一致。能量效率存在极大值,分别为0.38%(Yb3+掺杂浓度3%,Er3+掺杂浓度1%)和0.06%(Yb3+掺杂浓度9%,Er3+掺杂浓度3%),产生极值的一个原因是4I 13/2亚稳态能级寿命较长,聚集了大量电子,使基态电子急剧减少,导致上转换泵浦效率降低。

Y_2O_2S:Er^(3+),Yb^(3+)的制备及Er^(3+)离子在晶场中的能级分裂

采用沉淀法制备前驱体,通过不同温度合成了上转换发光材料Y2O2S∶Er3+,Yb3+,运用XRD,SEM和上转换发射光谱对其进行表征。结果表明,所合成的Y2O2S∶Er3+Yb3+属于六方晶系晶体,随着合成温度的升高,产物的粒径不断增大,上转换发射光强度逐渐增加。研究Y2O2S∶Er3+Yb3+的上转换发光过程,红光发射和绿光发射分别源于Er3+离子的4F9/2→4I15/2以及2H11/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2能级跃迁。利用群论计算了晶场中Er3+离子的能级分裂数目。

纳米CeO_2∶Er荧光粉的光声光谱和荧光光谱研究

采用燃烧法合成了CeO2∶Er纳米荧光粉,研究了不同粒径大小的CeO2∶Er的晶型和晶貌。TEM结果表明无定形CeO2∶Er包围着纳米晶CeO2∶Er,可起到表面修饰的作用。光声光谱在保持纳米材料表面状态不改变的前提下,分析了不同粒径的CeO2∶Er的光谱性质,解释了随纳米粒径减小CeO2光谱峰吸收峰有蓝移而Er3+没有明显谱峰位移的原因。在荧光光谱中,发现小粒径的CeO2∶Er有较大的红绿发射比,并对该现象进行了解释。

Sol-gel法制备Er^(3+)掺杂Yb_2Ti_2O_7粉末上转换发光特性

采用溶胶-凝胶法制备了8 mol%Er3+掺杂单一Yb2Ti2O7相粉末.976 nm半导体激光器激发Er3+掺杂Yb2Ti2O7粉末获得中心波长524、548 nm的绿色和660 nm的红色上转换发光,绿色和红色上转换发光强度(Igreen、Ired)随激光泵浦功率的增大而增强,且绿色和红色上转换发光均为双光子吸收过程.随着Er3+掺杂Yb2Ti2O7粉末温度的升高,Igreen和Ired逐渐减弱但强度比Igreen/Ired逐渐增大,中心波长524和548 nm的绿色上转换发光强度比I524/I548也逐渐增大.绿色上转换发光与温度的依赖关系使得Er3+掺杂Yb2Ti2O7粉末在光学高温传感器方面具有潜在应用.

Er^(3+)/Yb^(3+)共掺纳米In_2O_3的制备及上转换发光

用低温溶剂热法以乙二醇为溶剂合成了Er3+和Yb3+共掺的In2O3纳米晶。用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、漫反射光谱和上转换发光光谱对样品进行了分析。XRD和TEM结果表明,产物为纯的立方相In2O3结构,粒径约为30 nm;漫反射光谱显示了In2O3∶Er3+,Yb3+纳米晶在522、653和975 nm附近有3个吸收带;在980 nm近红外光激发下,样品发射出中心波长为525及555 nm的绿光和662 nm的红光,分别对应于Er3+的2H11/2→4I15/2、4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁;研究了Er3+和Yb3+离子的不同掺杂浓度对发光强度的影响,确定了Yb3+和Er3+离子的最佳掺杂浓度均为3%;双对数曲线显示绿光和红光的发射过程均为双光子吸收过程,对样品的上转换发光机制进行了初步讨论。