Lu-Eu共掺杂Ga_(2)O_(3)的光电性质的第一性原理计算

宽禁带半导体β-Ga_(2)O_(3)因为具有优良的物理化学性能而成为研究热点.本文基于DFT(Density Functional Theory)的第一性原理方法,先采用PBE(Perdew-Burke-Ernzerhof)中的GGA(Generalized Gradient Approximation)和GGA+U(Generalized Gradient Approximation-Hubbard U)的方法计算了本征β-Ga_(2)O_(3),Lu掺杂浓度为12.5%的β-Ga_(2)O_(3)及Lu-Eu共掺杂浓度为25%的β-Ga_(2)O_(3)结构的晶格常数、能带结构和体系总能量.发现采用GGA+U的方法计算的带隙值更接近实验值,于是采用GGA+U的方法计算了本征β-Ga_(2)O_(3),Lu掺杂的β-Ga_(2)O_(3)以及Lu-Eu共掺杂的β-Ga_(2)O_(3)结构的能态总密度、介电函数、吸收谱以及反射率等.由计算结果得知β-Ga_(2)O_(3)的带隙为4.24 eV,Lu掺杂浓度为12.5%的β-Ga_(2)O_(3)的带隙为2.23 eV,Lu-Eu共掺杂浓度为25%的β-Ga_(2)O_(3)的带隙为0.9 eV,均为直接带隙半导体,掺杂并未改变β-Ga_(2)O_(3)的带隙方式.光学性质计算结果表明在低能区掺杂浓度为12.5%的Lu和Lu-Eu共掺杂浓度为25%的β-Ga_(2)O_(3)的吸收系数和反射率均强于本征β-Ga_(2)O_(3),Lu-Eu掺杂β-Ga_(2)O_(3)的吸收系数和反射率又略强于Lu掺杂β-Ga_(2)O_(3),表明Lu-Eu掺杂β-Ga_(2)O_(3)的材料有望应用于制备红外光电子器件.

Yb^(3+)和Tm^(3+)共掺透明磷酸盐微晶盐玻璃上转换发光性能

采用熔融冷却法制备了掺杂不同比例Yb^(3+)和Tm^(3+)的磷酸盐玻璃,通过在630℃保温1 h得到透明的微晶玻璃,对样品进行XRD测试,表明析出的晶体为Na_(3.6)Y_(1.8)(PO_(4))_(3),通过Jade6.0计算和TEM分析,其晶粒尺寸均在20~40 nm之间,小于可见光波长,透过率光谱表明,经过热处理之后微晶玻璃仍保持70%以上的透过率。研究了前驱体玻璃和微晶玻璃在980 nm LD泵浦下的上转换荧光光谱,微晶玻璃的上转换效率明显高于前驱体玻璃,在上转换荧光光谱中,475 nm处发射强烈的上转换蓝光,654 nm处发射微弱的红光,795 nm处发射较弱的红外光。随着Yb^(3+)掺杂浓度的增加其上转换效率先增大后减小,Yb^(3+)的掺杂浓度为0.9%时,产生浓度猝灭现象。通过分析上转发光强度与激光器泵浦功率之间的关系,在Yb^(3+)和Tm^(3+)共掺的磷酸盐微晶玻璃中,上转换蓝光、红光和红外光的发射均为双光子过程。解释了Yb^(3+)和Tm^(3+)在磷酸盐微晶玻璃中的上转换发光机制。利用CIE1931计算,可知Yb^(3+)和Tm^(3+)共掺磷酸盐微晶玻璃的上转换发光色度坐标落在了蓝光区域,有望用在光学储存、全色显示、蓝色防伪、蓝光激光玻璃等领域。

双包层Er^(3+)/Yb^(3+)共掺光纤激光器的实验研究

通过采用长度为 2m、入纤功率为 1W的双包层Er3 + /Yb3 + 共掺光纤作为增益介质所进行的双包层Er3 + /Yb3 + 共掺光纤激光器的实验 ,得到了波长为 15 6 3.5 96nm、功率为 2 4

双包层Er^(3+)/Yb^(3+)共掺光纤放大器动态特性研究

基于速率方程的离散算法,实现了对双包层Er3+/Yb3+光纤放大器动态特性的分析。研究了不同信号和泵浦功率下单信道的瞬态功率、脉冲序列输出功率与增益随时间的变化以及多信道异步转移模式下输出功率和增益随时间的变化。结果表明:对于单个脉冲,在相同的泵浦功率下,输出脉冲的峰值功率取决于输入脉冲的峰值功率;在不同的泵浦功率下,输出脉冲的峰值功率取决于泵浦功率。对于脉冲序列,在达到稳定的输出前,将经历一个输出功率和增益由高到低的变化过程。对于异步转移模式的多信道脉冲,脉冲重叠时的功率和增益变化要快于非重叠时功率和增益的变化。

Er^(3+)/Yb^(3+)共掺TeO_2-Li_2O-B_2O_3-GeO_2玻璃系统的光谱性质和热稳定性研究

制备了Er3+ /Yb3+共掺的70TeO2 5Li2O (25 x)B2O3 xGeO2 (x=0, 5, 10, 15, 20mol% )系列玻璃,研究了玻璃的热稳定性能,测试了玻璃的吸收光谱、荧光光谱以及Er3+离子4I13 /2能级荧光寿命,并根据McCumber理论计算了Er3+离子4I13 /2→4I15 /2跃迁的受激发射截面 结果表明:随着GeO2 含量的增加,玻璃的热稳定性逐渐提高,荧光谱线半高宽(FWHM)保持在70nm左右,而荧光强度和Er3+离子4I13 /2能级荧光寿命逐渐提高,研究表明这种玻璃系统是一种具有应用潜能的宽带光纤放大器用的基质材料。

Tm^(3+)/Yb^(3+)共掺碲酸盐玻璃的近红外发光及能量传递机理

采用高温熔融法制备了组分为TeO2-ZnO-Na2O的Tm3+离子单掺和Tm3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃,应用Judd-Ofelt理论计算分析了玻璃样品的强度参量Ωt(t=2,4,6),自发辐射跃迁几率A,荧光分支比β和荧光辐射寿命τrad等光谱参量,测量得到了不同Yb3+离子掺杂浓度下玻璃样品的Tm3+离子上转换发光谱.结果显示,在980nm泵浦光激励下玻璃样品发射出强烈的近红外上转换荧光.对Tm3+离子上转换发光分析表明,强烈的Tm3+离子近红外上转换发光主要来自于Yb3+/Yb3+离子间的共振能量传递以及基于单声子和双声子辅助的Yb3+/Tm3+离子间的非共振能量传递过程,并进一步计算得到了声子贡献比和能量传递系数.最后,计算分析了Tm3+∶3 F4→3 H6能级间跃迁的1.8μm波段吸收截面、受激发射截面和增益系数.研究表明,Yb3+/Tm3+共掺TeO2-ZnO-Na2O玻璃可以作为近红外波段固体激光器的潜在增益基质.

Er^(3+)/Yb^(3+)共掺光纤激光器中能量上转换的抑制

通过对掺Er3+和Er3+/Yb3+共掺光纤激光器的输出功率进行数值模拟发现 :高浓度的Er3+/Yb3+共掺光纤激光器的最大量子转换效率比同等浓度下的掺Er3+光纤激光器的最大量子转换效率高出一倍。说明由于Yb3+的加入 ,Er3+/Yb3+共掺光纤激光器有效地抑制了能量上转换 。

包层泵浦的L波段Er^(3+)/Yb^(3+)共掺光纤激光器

报道了一种工作波长在L波段的包层泵浦Er3+ /Yb3+共掺光纤环形激光器 环形腔内的激光工作介质为一段9m长的Er3+ /Yb3+共掺高掺杂光纤 利用6个976nmLD同时抽运前段Er3+ /Yb3+共掺双包层光纤产生的放大自发辐射谱作二次抽运源,使腔内增义谱由C波段移到L波段,实现了L波段光纤激光器的稳定输出;采用包层泵浦技术,在抽运功率为3594. 5mW时,测得泵浦入纤功率为2731. 8mW,实现了输出连续功率最大518. 4mW,斜率效率达到19% 的激光输出;所形成激光的工作波长为1613. 94nm,激光光谱的3dB带宽为1. 5nm,边模抑制比接近于50dB。

基于离散算法的双包层Er^(3+)/Yb^(3+)共掺光纤激光器动态特性研究

采用基于速率方程的离散算法,对双包层Er3+/Yb3+共掺光纤激光器增益介质在不同位置的动态特性进行了分析。研究了增益介质在不同位置上的能级粒子数、激光功率随时间的变化。结果表明:增益介质在不同位置振荡达到稳态前上能级粒子数随时间的变化是不同的,并呈现出了不同的变化特点;不同位置处振荡开始时的最大峰值功率与达到稳态时的功率也不同;不同位置开始振荡的时间相同,达到稳态的时间也基本相同。对这一算法的稳态结果同简化速率方程的稳态分析值进行了对比,显示了泵浦功率较大且光纤长度较长时两者所具有的差异。

Ce^(3+),Tb^(3+)共掺BaYF_5微晶玻璃的光学特性

采用高温熔融法制备了一种新型的Ce3+/Tb3+共掺BaYF5微晶玻璃。测试了微晶玻璃的X射线衍射图(XRD)谱、激发光谱和发射光谱。研究发现:660℃热处理2 h后的玻璃基质中析出BaYF5纳米晶相,根据XRD结果用Scherrer公式计算得到晶粒大小约为27 nm;在近紫外光(338 nm)激发下,观察到BaYF5微晶玻璃宽带蓝光(425 nm)发光对应Ce3+的5d→2F5/2和5d→2F7/2能级跃迁,蓝光(487 nm)、绿光(541 nm)、橙光(582 nm)和红光(620 nm)发光对应于Tb3+的5D4→7FJ(J=6,5,4,3)能级跃迁。通过调节Ce3+和Tb3+的掺杂浓度,得到色坐标为(0.287,0.336)的白光发光微晶玻璃,并系统分析了Ce3+和Tb3+离子的发光机理和能量传递过程。研究结果表明:Ce3+/Tb3+共掺的BaYF5微晶玻璃是制作白光LED的一种潜在基质材料。

近紫外激发具有颜色可调的Er^(3+)/Eu^(3+)共掺BiOCl荧光粉

本文采用固相法在500℃合成了Er^(3+)/Eu^(3+)共掺BiOCl荧光粉,并通过XRD,SEM,吸收,激发和发射光谱研究了其结构、形貌和发光特性.XRD和SEM结果表明在500℃下即可成功合成纯四方相片层结构的Er^(3+)/Eu^(3+)共掺BiOCl荧光粉.吸收光谱表明掺杂Er^(3+)/Eu^(3+)离子使BiOCl形成杂质能级;激发光谱显示该荧光粉具有来自于基质BiOCl价带(VB)到导带(CB)跃迁的优异宽带近紫外激发特性.在380 nm近紫外光激发下,同时获得了Er^(3+)离子和Eu^(3+)离子的特征发射峰,其中发光中心位于410 nm(~2H_(9/2)→~4I_(15/2)),525 nm(~2H_(11/2)→~4I_(15/2)),554 nm(~4S_(3/2)→~4I_(15/2)),673 nm(~4F_(9/2)→~4I_(15/2))的发射峰来自于Er^(3+)离子的跃迁,而581 nm(~5D_0→~7F_0),594 nm(~5D_0→~7F_1),622 nm(~5D_0→~7F_2),653 nm(~5D_0→~7F_3),699 nm(~5D_0→~7F_4)的发射峰则来自于Eu^(3+)离子的跃迁.值得注意的是,与传统Er^(3+)/Eu^(3+)掺杂的材料不同,该荧光粉还具有独特高效的紫光(Er^(3+))和长波红光(Eu^(3+))发射特性,分析表明这与BiOCl的结构有关;并且通过改变掺杂浓度,实现了发光颜色由黄绿光→黄光→橙红光的调节.研究结果表明Er^(3+)/Eu^(3+)共掺BiOCl荧光粉有望成为一种潜在的近紫外激发白光LED荧光粉.

MgO/Eu_2O_3共掺杂对Al_2O_3陶瓷微波介电性能的影响

利用湿化学法制备了MgO/Eu2O3共掺Al2O3陶瓷,研究了不同的MgO/Eu2O3掺杂量对Al2O3陶瓷物相组成、显微结构和微波介电性能的影响。结果表明:适量的MgO/Eu2O3共掺有助于Al2O3的致密化和晶粒生长。在介电性能方面,MgO/Eu2O3共掺对Al2O3陶瓷的介电常数没有明显的影响,但对介电损耗的影响显著。随着Eu2O3含量的增加,Al2O3陶瓷的Q×f值会呈现先增加后下降的变化趋势。0.05wt%MgO/0.10wt%Eu2O3共掺的样品在1590℃下保温4 h获得的微波介电性能最佳,εr^9.82,Q×f^225,225 GHz。Q×f值的这种变化可能与样品微观结构的变化相关。先是随着MgO/Eu2O3共掺量的增加,晶粒尺寸不断增加,晶界不断减少,这有利于Q×f值的提高;接着,当MgO/Eu2O3共掺量进一步增加时,晶粒尺寸不断下降,晶界增多,这会导致样品Q×f值的降低。另外,应力和第二相也可能对Q×f值的变化产生影响。

镱铒共掺Al_2O_3薄膜光致发光特性优化

用中频磁控溅射方法在SiO2/Si基底上制备了五组固定掺铒浓度不同镱铒浓度比率的镱铒共掺Al2O3薄膜样品.室温下测量了薄膜在1.430μm^1.630μm波段范围内光致发光光谱.研究发现,镱的掺入有效地提高了三价铒离子的光致发光强度,最优的镱铒掺杂为:掺铒0.33 mol%,Yb3+∶Er3+=10∶1,比相同掺铒浓度单掺铒样品光致发光峰值强度增强40倍;确定的掺铒浓度,有着固定的最佳镱铒浓度比率,主要是镱铒离子间的正向和反向能量传递相互作用的结果,但最佳镱铒浓度比率随着掺铒浓度的增加呈现下降趋势;单掺铒薄膜的光致发光峰值强度随掺铒浓度呈现近Gauss形状变化,而最佳镱铒共掺样品的光致发光峰值强度随掺铒浓度呈现了倒Gauss形状变化.

Er^(3+)∶Yb^(3+)∶Tm^(3+)共掺硼硅酸盐玻璃光致发光温度特性和能级劈裂

高温固相烧结法制备了Er3+∶Yb3+∶Tm3+共掺硼硅酸盐玻璃.在978 nm半导体激光器抽运下,测量了样品在300～573 K下光致发光谱强度随温度的变化,讨论了室温时上转换绿光和红光等波段的光谱劈裂.分析了Er3+,Yb3+和Tm3+之间的能量传递机制.研究结果表明,当温度升高时,Er3+∶Yb3+∶Tm3+共掺硼硅酸盐玻璃的481 nm蓝光、517和534 nm绿光、以及657 nm红光等光致发光强度单调下降,在490 K时几乎消失.但900 nm左右的近红外光谱则随温度的升高而持续增强,而且其中心波长向短波方向移动.在室温时,光谱劈裂明显,高温时劈裂逐渐消失.

Er^(3+)-Yb^(3+)共掺磷酸盐玻璃平面波导

研制一种新型的Er3+ Yb3+共掺磷酸盐激光玻璃材料,在其上用离子交换方法进行平面光波导制作研究。实验表明,该玻璃在AgNO3+KNO3+NaNO3混合熔盐中具有良好的化学稳定性,为平面光波导放大器的制作提供了实验依据。

双包层Er^(3+)/Yb^(3+)共掺光纤激光器动态特性的分析

分析了弛豫振荡前上能级Er3+、Yb3+粒子数的变化和弛豫振荡时Er3+上能级粒子数的变化情况以及弛豫振荡时激光功率的变化规律 ,结果表明

Er^(3+)/Yb^(3+)共掺双包层光纤的高功率L-band光纤激光器的实验研究

采用端面泵浦的方式,用尾纤输出波长为976 nm的高亮度多模半导体激光器,包层泵浦的铒镱共掺双包层大模面积光纤,非球面镜组耦合系统,进行了共掺双包层光纤的高功率L-band光纤激光器的研究,泵浦耦合效率达到了62%以上,并在F-P激光振荡腔中实现了高效的连续激光输出。在光纤长度为30 m、入纤功率为13.41 W时,首次报道输出连续功率达到了4.3 W。激光器的斜率效率为44%,激光输出中心波长1 603 nm。

级联双包层Er^(3+)/Yb^(3+)共掺光纤放大器的增益瞬态

基于速率方程的离散算法,首次实现了对双包层Er3+/Yb3+共掺光纤放大器级联链路增益瞬态的分析。研究了级联链路中功率漂移与撤除信道数及级联放大器数量的关系。

微型化LD泵浦Er^(3+),Yb^(3+)共掺磷酸盐玻璃被动调Q激光器

报道了一种主要应用于激光测距的微型化激光二极管泵浦Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃被动调Q激光器。采用中心波长940nm的二极管作为泵浦源,Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃作为增益介质,Co2+:MgAl2O4作为被动调Q晶体,通过优化增益介质和被动调Q晶体参数,获得了最佳的增益介质长度和被动调Q晶体初始透过率。当泵浦能量14mJ,重复频率10Hz,泵浦脉宽5ms时,获得了单脉冲能量480μJ,脉宽5ns,峰值功率大于20kW的激光输出,激光光束质量因子为1.2。

Tm^(3+)/Yb^(3+)共掺杂ZBLAN玻璃的多光子紫外上转换发光

利用光谱分析手段研究了熔融淬火法制备的Tm和Yb共掺杂的重金属氟化物玻璃ZrF4-BaF2-LaF3-A1F3-NaF的上转换发光性质.在980 nm连续激光的激发下,观察到了较强的363 nm(1D2→3H6),347nm(1I6→3F4)和291 nm(1I6→3H6)的紫外上转换发光,以及中心位于454 nm,475 nm,643 nm,687 nm和804 nm的上转换荧光.这些上转换发射所对应的f-f跃迁为1D2→3F4,1G4→3H6,1G4→3F4,3F3→3H6和3H4→3H6.根据上转换发光强度随泵浦光功率的双对数变化关系得到,347 nm和363 nm的发光分别属于5光子和4光子上转换过程.结果表明:Tm和Yb共掺杂的ZrF4-BaF2-LaF3-A1F3-NaF玻璃可以有效地把近红外波段的激光转化成紫外波段的光.