Yb^(3+)/Nd^(3+)掺杂对Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶Cr^(3+)发光性能的影响

近红外荧光粉由于其独特的物理特性和广阔的应用前景吸引了人们极大的研究兴趣。本文通过高温固相反应法合成Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+)近红外荧光粉,使用460 nm蓝光激发样品的发射波长位于833 nm,半峰宽为117 nm。随后引入稀土离子合成Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+),Yb^(3+)和Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+),Nd^(3+)近红外荧光粉。相比Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+),460 nm蓝光激发的Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+),Yb^(3+)同时出现Cr^(3+)和Yb^(3+)特征发射峰,经过光谱分析和荧光寿命变化证明Cr^(3+)-Yb^(3+)存在能量传递通道,最高使Cr^(3+)-Yb^(3+)能量传递效率达80.2%,得益于Yb^(3+)卓越的热稳定性促使整体荧光光谱热稳定性提高约3.7倍。设计合成的Sr_(9)Ga(PO_(4))_7∶0.8Cr^(3+),Nd^(3+)样品调制出833,876,1 060 nm的多峰发射,显著拓宽了近红外光谱范围。最终,讨论了荧光粉在温度传感和无损检测领域的应用,证明该系列荧光粉具有广阔的应用前景。

钕玻璃、Nd:YAG和Nd:GGG热容激光特性比较

考虑固体热容激光器对工作介质的要求,对比分析了掺钕的玻璃、YAG和GGG的多种材料性能。并对三者在激光工作周期内的瞬态温度场及热应力进行了数值模拟。结果表明:在给定的边界及工作条件下,当钕玻璃激光器以热容方式工作,时间为5 s时,介质最高升温超过400 K,最大热致应力为25 MPa,接近其断裂极限的50%。在此条件下进行冷却,当水温为283 K时,需经过约120 s才基本恢复到初始工作状态。而Nd:YAG和Nd:GGG两种介质在相同输入工作条件下,工作时间可达10 s,且温度分布相对平坦,温差和热应力较小,经水冷约30 s可恢复到初始状态。但模拟计算中,发现Nd:YAG在冷却阶段的最大应力达77 MPa,已超过断裂阈值下限值的50%。兼顾冷却时间、材料所能承受的应力及晶体生长尺寸,以及实现100kW的平均功率输出等因素,Nd:GGG晶体是目前三者中比较适合于作为高平均功率、重复率热容方式工作的激光材料。

大尺寸高浓度掺杂Nd:GGG和Nd:YAG晶体的光谱性质(英文)

由于Nd3+离子半径0.112nm和Y3+离子半径0.101nm相差10.9%,使得Nd3+离子非常难于进入YAG晶体中。我们用温度梯度法生长了大尺寸高浓度(2.8 at%)的Nd:YAG晶体,同时与用提拉法Nd:GGG晶体进行了比较。分析了高浓度掺杂Nd:GGG和Nd:YAG晶体浓度猝灭问题。研究了不同浓度掺杂的猝灭效应。在同样的掺杂浓度下,我们发现它们的猝灭程度不同,其原因是两种晶体中ΔE(m is-)m和ΔE(m i s+)m不同。

Nd∶GGG多晶原料的制备与表征

采用固相反应法制备了Nd∶GGG晶体原料。XRD测试结果表明,固相反应法合成Nd∶GGG原料的最佳温度为1300℃;扫描电镜观察发现,粉体颗粒呈球形,平均粒径约为1μm;荧光性能的分析表明,荧光发射的最强峰位于1061.54nm处,是Nd3+4F3/2-4I11/2跃迁产生的荧光发射。

矩形截面Nd：GGG热容激光器热分析

为了研究长方体型Nd:GGG热容激光晶体的热效应,通过对激光晶体工作特点的分析,采用半解析各向异性热分析方法,建立了符合实际工作状态热模型,对长方体型Nd:GGG热容激光晶体进行了热分析,得到了激光晶体抽运阶段和冷却阶段晶体内部温度场计算公式,定量分析了晶体宽度和厚度对温度场的影响。结果表明,当使用输出功率为8100W、脉冲频率500Hz、脉冲宽度0.2ms的LD抽运晶体4s时,抽运面中心最高温升为169.1℃;停止抽运120s时,晶体最高温升下降到0.97%。所得结果为热容激光器的优化设计提供了理论依据。

溶胶-凝胶法制备Nd:GGG透明陶瓷纳米粉体

溶胶-凝胶法制备出Nd^3＋：Gd3Ga5O12（Nd：GGG）。透明陶瓷纳米粉体。以TG-DTA、红外光谱、XRD、TEM、电子衍射和电子能谱等测试手段，对前驱体及烧成粉体的结构和形貌进行了研究。结果表明，Nd：GGG超细粉体的最佳烧成温度为1000 ℃，粉体样品粒度小、粒径均匀，在70～100nm之间。

Nd:GGG晶体光谱特性的研究

采用提拉法生长了Nd:GGG晶体。晶体切割后经过端面抛光,测试了荧光光谱和吸收光谱。荧光光谱测试结果表明晶体的最强的荧光发射峰位于9430cm-1,是Nd3+4F3/2-4I11/2谱项导致的荧光发射。吸收光谱测试结果发现Nd:GGG晶体的最强吸收峰位于808nm,所以该晶体适合于LD泵浦,并且吸收峰强度随掺杂离子浓度的增加而增加。

5英寸Nd:GGG激光晶体的生长

本文介绍采用提拉法,运用上称重自等径技术(ADC)生长5 inch的掺钕钆镓石榴石(Nd:GGG)晶体。通过调整生长工艺参数,优化温场结构,我们成功生长了5 inch的Nd:GGG晶体。晶体外观完整,无宏观缺陷,有望作为激光工作物质用于强固体热容激光器中。此外,我们对晶体的外形和生长界面作了讨论。

ZBLAN玻璃中Nd^(3+),Tm^(3+),Yb^(3+)的上转换发光特性

采用高温固相法制备了Nd,Tm和Yb掺杂的ZBLAN玻璃上转换材料。Tm3+,Yb3+的摩尔浓度分别固定为0.01%,0.3%,Nd3+摩尔浓度变化范围为0.1%～2%。在室温下,测试了样品在300～1 000nm间的吸收光谱。在798 nm近红外光激发下,测试了样品的上转换光谱。实验发现,样品在798 nm红外光激发下发出了较强的多波段(红,蓝和绿)的可见光。由上转换可见光各波段的发射谱线,给出了能级跃迁机制。蓝光主要来源于Tm3+的激发态1G4到基态3H6的跃迁,绿光来源于Nd3+的2H7/2到基态4I9/2的跃迁,红光来源于Nd3+的2H11/2到基态4I9/2的跃迁。研究发现,在Nd3+,Tm3+,Yb3+∶ZBLAN玻璃样品中存在激发态吸收,能量转移和交叉弛豫等上转换过程。其发光机理是Nd3+,Tm3+和Yb3+离子之间的能量转移。根据Nd3+摩尔浓度不同其上转换发光强度不同,分析了掺入稀土的浓度对上转换发光效率的影响。当Nd3+浓度为1.5%(摩尔分数)时上转换发光最强,大于1.5%后发光开始减弱。

热容模式下LD阵列泵浦Nd：GGG圆盘的温度场分析

为了研究Nd:GGG激光晶体圆盘在热容运行模式下的温度场分布及变化问题,根据实际情况建立物理模型进行了分析。从热传导微分方程出发,通过格林函数法求得激光器工作、冷却阶段晶体内部温度场的解析解,在一定程度上可以反映温度场的变化情况。数值计算了矩形LD光斑尺寸3 cm,泵浦功率8100 W、脉冲频率500 Hz、脉冲宽度0.2 ms条件下泵浦4s后圆盘的温度场以及变化曲线,得到4s末的最大应力已经达到晶体断裂极限的47%。采用280K、290K的温度分别对圆盘进行背面冷却时,需要60～70s左右的冷却时间;当采用280K对圆盘进行背面和侧面同时冷却时,冷却时间缩短到30s左右。

Nd:GGG晶体生长与开裂研究

本文采用提拉法(CZ)生长了Nd:GGG晶体,并从理论上讨论了包裹物、提拉速度、晶体转速和降温速率等因素对晶体开裂的影响,最后给出了生长元开裂Nd:GGG晶体的最佳工艺参数:径向温度梯度越小越好,纵向温度梯度在0.5℃/mm,提拉速度2～4mm/h,晶体转速20～40r/min,降温速率不超过20℃/h.通过设计合理而稳定的温场、选择最佳工艺参数及退火处理等方法,较好地解决了Nd:GGG晶体开裂问题.

LD端面抽运Nd∶GGG激光器热效应研究

为了研究激光二极管端面抽运掺钕钆镓石榴石Nd∶GGG激光器的热效应,采用实验测量与理论计算结合的方法,进行了激光器的连续运转,测量了激光器的热焦距、本征损耗和热损耗。结果表明,采用凹-平腔结构,当抽运功率为28.8W时,得到最大连续波输出功率为13.2W,对应最大斜效率为51.5%,光光转换效率为49.5%,Nd∶GGG晶体的本征损耗测量值为0.86%/cm;测量结果与理论计算吻合得很好。所得结果为LD抽运Nd∶GGG激光器的进一步设计优化提供了实验和理论依据。

溶胶-凝胶燃烧法合成Nd:GGG激光陶瓷粉体

采用溶胶-凝胶燃烧法成功合成了Nd:GGG激光陶瓷粉体,讨论了溶胶-凝胶的转化,并对Nd:GGG粉体进行了XRD、TG-DTA、SEM及荧光光谱分析。XRD分析表明1000℃是Nd:GGG粉体合成的最佳温度,并且随着煅烧温度的升高粉体的粒径长大,SEM观察发现在1000℃下粉体粒度均匀,平均粒径为100nm,荧光光谱测试结果表明荧光发射的最强峰位于1061.54nm处,是Nd3+的4F3/24-I11/2谱相导致的荧光发射。

不同抽运光分布的Nd:GGG热容激光器介质热应力分析

从固体瞬态热传导微分方程出发并结合弹性力学的基本方程,利用有限元方法对 Nd:GGG 热容激光器介质的瞬态温度和热应力进行了数值模拟。数值模拟并分析了介质端面抽运光为均匀分布和高斯分布两种情况下,介质的温度、应力的瞬态分布。模拟中考虑了由介质的吸收特性导致的介质热沉积功率不均匀分布和介质热容随温度的变化关系。结果表明,抽运光功率一定时,抽运光均匀分布时介质的最高温度较低,温度梯度较小,介质所受热应力较小。

LD泵浦激光晶体Nd:GGG原料制备及结构分析

采用共沉淀方法,以金属Ga和Gd2O3为起始原料,以氨水为沉淀剂,制备了GGG多晶。测量了共沉淀方法制备的GGG多晶、固相反应法制备的Nd:GGG多晶以及提拉法生长的GGG、Nd:GGG晶体的X射线衍射谱(XRD),利用图解外推法计算了晶格参数。共沉淀方法制备的GGG多晶原料较固相法制备的Nd:GGG晶格参数小,可能是固相制备过程中Ga组分挥发导致Gd3+取代了Ga3+位以及Nd3+占据了部分的Gd3+位,从而使晶格参数变大。同时就提拉法生长的Nd:GGG晶体和GGG晶体的晶格参数进行比较发现, Nd:GGG晶体的晶格参数较纯GGG晶体的晶格参数大,说明在Nd:GGG晶体中Nd3+占据了部分的Gd3+位。另外,晶体的晶格参数较多晶粉末的晶格参数大,分析认为这可能也是由于Ga组分的挥发导致Gd3+占据了Ga3+位所引起。这些实验结果说明Ga组分挥发在原料制备过程和晶体生长过程中都可能存在,因此应在制备原料和晶体生长等各个环节中考虑Ga组分的挥发。采用液相共沉淀方法制备有利于抑止Ga组分的挥发。

Sc2O3：Nd，Sc2O3：Yb纳米粉体的制备和光致发光

以反滴定共沉淀方法制备了Sc2O3:Nd、Sc2O3:Yb纳米粉体,用热重、差热分析、X射线衍射对前驱体相变及粉体结构进行了研究,并研究了其光致发光。Sc2O3:Nd、Sc2O3:Yb前躯体的热重和差热曲线分别在73℃、77℃与434℃、436℃出现了明显的热失重和吸热峰,结合XRD表明约在450℃,前驱体粉体经γ-ScOOH相转变为立方Sc2O3相。Reitveld方法精修给出Sc、O的原子坐标。结果表明,掺杂离子导致了晶格畸变。在825nm光激发下,粉体Sc2O3:Nd的1084nm主荧光峰为Nd3+的4F3/2→4I11/2跃迁;在937nm光激发下,粉体Sc2O3:Yb的1044nm主荧光峰为Yb3+的2F5/2→2F7/2跃迁。Sc2O3:Nd、Sc2O3:Yb的发光光谱表明激活离子处于较强晶场中,Stark能级分裂大,有利于降低Yb3+的激光阈值、提高激光热稳定性。

柠檬酸-凝胶燃烧法制备Nd:GGG多晶纳米粉

以Ga2O3和Gd2O3为原料,并用一定量的Nd取代Gd,采用柠檬酸作为燃烧剂,凝胶燃烧法合成了Nd:GGG前驱体.对前驱体进行适当处理,采用凝胶燃烧法在1000℃时制备出Nd:GGG超细粉体.通过对粉体样品进行TG-DTA,XRD,TEM和XPS分析,表明所合成的GGG超细粉为立方晶系石榴石结构,粉体样品分散性好、颗粒度小、粒径均匀,粒径在70nm～90nm之间.

自调Q激光晶体(Cr^(4+),Yb^(3+))∶YAG和(Cr^(4+),Nd^(3+))∶YAG的生长及其光谱特性研究

本文报道了自调Q激光晶体 (Cr,Yb)∶YAG和 (Cr,Nd)∶YAG的生长及其在室温的吸收和荧光光谱特性 ,并且探索了合适的晶体生长工艺、退火工艺参数。在 (Cr,Nd)∶YAG晶体的室温吸收光谱中存在着如下的吸收峰 :在 0 .5 3μm、0 .5 9μm、0 .75 μm、0 .81 μm、0 .88μm处存在着Nd3 +离子的吸收峰 ;在 0 .43μm和 0 .5 9μm处存在着Cr3 +离子的两个吸收峰 ;在 1 .0 6 4 μm附近有一Cr4+离子的吸收峰 ,可用作可饱和吸收体。 (Cr,Nd)∶YAG晶体的荧光光谱与Nd∶YAG晶体一样 ,发光中心位于 1 0 6 4nm处 ,而且已经实现了自调Q激光输出。与 (Cr,Nd)∶YAG晶体相比 ,在 (Cr,Yb)∶YAG晶体的室温吸收光谱中存在着类似的吸收带 :在 440nm和 6 0 5nm存在着Cr3 +离子的 2个吸收带 ,而且退火使其发生了明显的“红移” ;在 937nm和 96 8nm处存在着Yb3 +离子的 2个吸收带 ,能与InGaAs激光二极管 (LD)有效耦合 ,适合激光二极管泵浦 ;而且在1 .0 3μm处有一Cr4+离子的吸收峰 ,可用作可饱和吸收体。 (Cr,Yb)∶YAG晶体的荧光光谱与Yb∶YAG晶体一样 ,发光中心也是位于 1 0 2 9nm ,但其强度比Yb∶YAG晶体的要低 4倍。 (Cr,Yb)∶YAG晶体的荧光寿命为 0 .3ms。而且与 (Cr,Nd)∶YAG晶体相比 ,在 (Cr,Yb)∶YAG晶体中可以实现Yb3

柠檬酸凝胶燃烧法制备Nd^(3+),Yb^(3+):Y_2O_3多晶原料及其相组成和荧光特性的研究

本文采用柠檬酸凝胶燃烧法合成了性能优良的Nd3+,Yb3+:Y2O3多晶原料。XRD、IR和SEM测试结果表明样品在900℃煅烧可获得纯相的Nd3+,Yb3+:Y2O3,平均粒径约为40 nm;TG-DTA测试结果表明样品在30～600℃之间失重约为49.28%;从荧光光谱上可以看出两个主要发射峰位于970～1100 nm之间,最强发射峰位于1030nm,对应Yb3+的2F5/2→2F7/2能级跃迁。

Nd,Yb:YAG晶体生长及性能表征

采用中频感应加热提拉法,生长Nd,Yb:YAG激光晶体.利用XRD、吸收光谱和荧光光谱对晶体的物相结构及光谱性能进行分析,结果表明:Nd,Yb:YAG晶体属于立方晶系,晶格参数a=1.2021 nm,在808 nm处有较强的吸收能力.室温下,Nd,Yb:YAG晶体荧光光谱的最强荧光发射峰位于1 030 nm处,归属于Yb3+离子的2F5/2—2F7/2能级跃迁.