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.

Er^(3+)/Ni^(2+)共掺双相微晶玻璃的结构与发光性能研究

采用熔融法制备了Er3+/Ni^(2+)共掺含Gd F3与Ga_2O_3双晶化相透明微晶玻璃。X射线粉末衍射(XRD)和透射电子显微(TEM)分析表明,平均粒径为34 nm的六方相Gd F3和9 nm的立方相Ga2O3晶粒在玻璃基体中均匀分布。吸收与荧光光谱结果显示,Er3+位于Gd F3纳米晶,Ni^(2+)选择性地进入Ga2O3纳米晶。受益于此,在976 nm激光激发下,透明微晶玻璃具有覆盖1050~1600 nm波段的宽近红外发射带,由位于1210 nm的Ni^(2+):3T2(F)→3A2(F)跃迁转变和位于1530 nm的Er^(3+):4I13/2→4I15/2跃迁转变组成。

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。

Er^(3+)单掺及Er^(3+)/Yb^(3+)共掺SiO_2-Al_2O_3-La_2O_3玻璃光谱性质研究

研究了单掺Er3+ 及Er3+ /Yb3+ 共掺SiO2 Al2 O3 La2 O3玻璃的光谱性质随稀土离子浓度变化规律 ,应用McCumber理论计算了玻璃在 1.5 3μm的发射截面及积分吸收截面 .结果表明 :在Er3+ 离子掺杂浓度相同时 ,玻璃在 980nm吸收截面与Yb3+ 掺杂浓度成反比 ;当样品中Yb3+ 离子掺杂浓度为 3.94× 10 2 0 cm- 3时 ,玻璃在 1.5 3μm的吸收截面和发射截面最大 ,在 1.4 0～ 1.60 μm积分吸收截面也最大 ;Er3+ /Yb3+ 共掺SiO2 Al2 O3 La2 O3玻璃在 1.5 3μm的荧光半高宽随Er3+ 掺杂浓度升高而增加 ,当Er3+ 离子掺杂浓度为 2 .4 1× 10 2 0 cm- 3 时 ,玻璃的荧光半高宽 (FWHM )达到 5 2 .5nm .

掺Er及Yb-Er共掺Al2O3光波导放大器噪音特性的数值模拟

利用由速率方程、有限元场分布、传输方程构建的综合理论模型,数值求解了掺Er及Yb-Er共掺Al2O3光波导放大器的噪音系数和正反向自发辐射功率.结果表明,随波导长度的增加,当增益开始下降时,噪音系数显著增加.同时显示了抽运功率和掺杂浓度对噪音系数的影响,比较了两种掺杂放大器的噪音系数,Yb-Er共掺比只掺Er的约小0.8dB.

Er^(3+)/Ho^(3+)共掺GeS_2-In_2S_3-CsI玻璃上转换发光和能量传递研究

用熔融急冷法制备了系列Er3+/Ho3+共掺80GeS2-10In2S3-10CsI硫卤玻璃,测试了样品的状态稳定性、拉曼光谱、吸收光谱以及上转换光谱。在该样品中出现了强烈的绿光(526、549nm)和红光(660nm),分别对应于2 H11/2→4I15/2(Er3+)、4S3/2→4I15/2(Er3+)+5S2(5F4)→5I8(Ho3+)和4F9/2→4I15/2(Er3+)+5F5→5I8(Ho3+)的跃迁。研究了Er3+/Ho3+离子在该样品中的上转换发光机制和能量传递机理。在该系列0.6%(摩尔分数)Er2S3/xHo2S3共掺样品中,上转换发光强度随着Ho2S3掺杂量的增加而显著提高,当Ho2S3掺杂量增加至0.6%(摩尔分数)时,绿光(549nm)和红光(660nm)强度达到最大值,此时的绿光和红光强度分别是未掺Ho2S3时的4.2和10倍。绿光和红光均为双光子吸收过程。

Mg-F共掺杂对Li_(1.1)(Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3))O_2电化学性能的影响

采用溶胶-凝胶法合成正极材料层状Li1.1[Ni1/3Co1/3Mn(1/3-x)Mgx]O2-yFy(0≤x≤0.04,0≤y≤0.04)。通过原子吸收光谱(AAS)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学测试等手段研究了掺杂元素对材料结构和电化学性能的影响。结果表明,镁氟掺杂后的样品具有单相的典型六方晶系结构,合成材料颗粒分布比较均匀。在充放电倍率为0.1 C和电压范围为3.0￣4.3 V的条件下,与未掺杂样品相比,Li1.1[Ni1/3Co1/3Mn(1/3-0.04)Mg0.04]O2-0.04F0.04具有较高的放电比容量和容量保持率。其首次放电比容量和库仑效率分别为158 mAh/g和91.3%,20个循环后容量保持率达92.1%。Li1.1[Ni1/3Co1/3Mn(1/3-0.04)Mg0.04]O2-0.04F0.04是一种有前景的锂离子电池新型正极材料。

Li^+共掺杂对掺Er^(3+):TiO_2上转换发光的增强作用

采用非水性溶胶-凝胶法制备了0.1%Er^(3+)(摩尔分数,下同)、0%～2%Li^+共掺杂TiO_2粉末,在980nm半导体激光器(LD)激发下获得了中心波长526nm、550nm的绿色和663nm的红色上转换发光。Li^+共掺杂对掺Er^(3+):TiO_2的相结构未产生影响,但极大增强了上转换发光强度。随Li^+共掺杂摩尔分数的逐渐增大,绿色和红色上转换发光强度先增大后减小,当Li^+摩尔分数为1%时,上转换发光强度达到最大,绿色和红色上转换发光强度分别比掺Er^(3+):TiO_2提高了约330倍、30倍和60倍。Er^(3+)、Li^+共掺杂TiO_2粉末的绿色和红色上转换发光均为双光子吸收过程。Li^+共掺杂不改变Er^(3+)的上转换发光机制,但破坏了Er^(3+)的局部晶体场对称性,影响了Er^(3+)内部4f能级的跃迁几率,导致上转换发光强度增强。

Li^+共掺杂对Er^(3+)-Yb^(3+):TiO_2紫外、可见和红外发光同步增强研究(英文)

采用溶胶-凝胶(Sol-gel)法制备了Li+共掺杂的Er3+-Yb3+∶TiO2粉末。976 nm激光激发下在波长350~1700 nm范围内观察到了紫外、蓝色、绿色和红色上转换发光和红外下转换发光。随着Li+共掺杂浓度由0增大到20mol%,Er3+-Yb3+∶TiO2的紫外、可见和红外发光强度同步增强。低Li+共掺杂浓度引起的Li+固溶以及高Li+共掺杂浓度引起的相变过程相继破坏了Er3+的晶体场对称性,导致紫外、可见和红外发光显著增强。结果表明共掺杂Li+是一种提高Er3+掺杂材料发光性能的有效方法。

Y^(3+)共掺杂对掺Er^(3+):Al_2O_3粉末光致发光的增强作用

采用非水性溶胶-凝胶法制备了Y3+共掺杂的掺Er3+:Al2O3粉末,Er3+浓度为0．1和1．0mol％,Er3+和Y3+浓度比为1:0-10．X射线衍射和光致发光(PL)光谱结果表明: 900℃烧结的掺0．1和1．0mol％Er3+:Al2O3粉末为具有非晶化特征的γ和θ混合相结构,非晶化趋势随Y3+共掺杂浓度增大而增加．掺0．1mol％Er3+:Al2O3粉末,PL光谱强度和半高宽随掺Y3+浓度增大无明显变化．掺1．0mol％Er3+:Al2O3粉末,PL光谱强度和半高宽随掺Y3+浓度增大而增加,10mol％Y3+共掺杂粉末的发光强度提高50倍,约为掺0．1mol％Er3+:Al2O3粉末的10倍,半高宽从77nm增至92nm．Y3+共掺杂对较高浓度掺Er3+:Al2O3粉末PL性能的增强作用归因于Y3+对Er3+在基体中的分散和配位结构多样性的提高．

Tm^(3+)/Er^(3+)/Ho^(3+)共掺SiO_2-Bi_2O_3-AlF_3-BaF_2玻璃发光性能

采用高温熔融法制备了Tm^(3+)/Er^(3+)/Ho^(3+)共掺的铋硅酸盐50SiO 2-40Bi_2O_3-5AlF_3-5BaF_2玻璃。研究了在808 nm激光器(Laser Diode)激发下Tm^(3+)/Er^(3+)/Ho^(3+)共掺的铋硅酸盐在2 060 nm处的发光性能,同时测试及分析了该铋硅酸盐玻璃的差热特性、吸收光谱及荧光光谱。根据吸收光谱以及Judd-Oflet理论,计算了Ho^(3+)的Judd-Oflet强度参数Ωt(t=2,4,6)以及Tm^(3+)/Er^(3+)/Ho^(3+)相应的吸收截面。铋硅酸盐玻璃中,Tm_2O_3、Er_2O_3和Ho_2O_3掺杂浓度分别为0.75%、1.0%和0.5%时,2 060 nm处Ho^(3+)∶5I7→5I8发射峰强度达到最大。对Tm^(3+)/Er^(3+)/Ho^(3+)3种离子的光谱性质和离子间可能存在的能量传递也做了分析。Ho^(3+)在1 953 nm处的最大吸收截面σabs为9.08×10-21 cm^2,在2 060 nm处的最大发射截面σem为1.168×10-20 cm^2,辐射寿命τmea为2.75 ms,具有良好的增益效应σemτ(3.212×10-20cm^2·ms)。

纳米Ag薄膜增强Er^(3+)/Yb^(3+)共掺Al_2O_3薄膜上转换发光特性研究

采用射频磁控溅射在石英基底上制备Al_2O_3:Er^(3+)/Yb^(3+)薄膜,在其表面采用直流磁控溅射沉积纳米Ag薄膜。上转换发光测试表明在491和678 nm的发射峰出现了5.8倍和5.2倍的增强。X射线衍射、原子力显微镜以及透射﹑吸收和散射光谱表明:491 nm发射增强主要源于局域表面等离子或表面等离子与发射带的共振耦合辐射机制,而678 nm发射增强主要源于纳米Ag膜对荧光的LSP散射机制。

双包层Er^(3+)/Yb^(3+)共掺光纤激光器稳态特性的分析

对 98 0nm泵浦光泵浦双包层Er3 + /Yb3 + 共掺光纤激光器进行了数值模拟 ,分析了泵浦光与激光在双包层Er3 + /Yb3 + 共掺光纤中的分布情况、输出功率与泵浦功率的关系、光纤长度与腔镜反射率对输出激光功率的影响 ,计算的最大斜效率为 5 6 .3%,接近于理论计算值的极限。

掺铒Al_2O_3薄膜与镱铒共掺Al_2O_3薄膜光致发光特性比较

用中频磁控溅射工艺分别制备了掺铒Al2O3薄膜和镱铒共掺Al2O3薄膜,室温下测量了它们的光致发光特性。结果表明:镱铒共掺Al2O3薄膜光致发光的峰值强度为掺铒Al2O3薄膜的8倍以上,两者的半值宽度近似相等;泵浦功率增强,掺铒Al2O3薄膜光致发光强度出现饱和趋势,但镱铒共掺Al2O3薄膜的光致发光强度随泵浦功率线性增加。

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.

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。

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.

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。

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。

二价碱土金属氟化物对Er^(3+)/Tm^(3+)/Yb^(3+)共掺氟氧锗酸盐玻璃热稳定性和光谱特性影响的研究

制备了分别含有MgF2,CaF2,SrF2或BaF2的Er3+/Tm3+/Yb3+共掺氟氧锗酸盐玻璃试样和包含BaF2纳米晶的玻璃陶瓷试样,所制备试样均具有良好的透光性。对试样的热稳定性和上转换发光特性进行了研究。通过分析试样的吸收光谱发现,随着所含二价阳离子原子量的增大,试样的紫外吸收截止波长明显向短波方向移动。结果显示:通过改变所含二价碱土金属离子的种类能够对激发光的颜色进行调节,特别值得关注的是Mg2+的影响;结果证实:通过对包含二价碱土金属的玻璃进行微晶化处理或者增加二价碱土金属的含量均能提高上转换发光的强度。