七钼酸钆钠晶体的制备与光谱性能研究

发布时间：2020-05-29 13:40

【摘要】：全固态激光器具有可靠性高、光束质量高、稳定性好和转化效率高等优点。近年来,黄光激光器在医疗、原子冷却与捕获、通信等多个方面具有广泛的应用。相比于传统的黄光激光器,激光二极管泵浦Dy离子掺杂介质的激光器不需要进行非线性频率变换、体积小、稳定性好等特点。在新材料研究中,Na_2Gd_4(MoO_4)_7具有高度的无序性,可以掺杂浓度更高的稀土离子并展宽离子的吸收光谱和发射光谱。本文以Dy、Dy/Tb和Dy/Eu掺杂Na_2Gd_4(MoO_4)_7晶体为研究对象为基质,对其生长工艺、热学特性和和光学性能进行了详细的研究。本文主要研究内容及成果如下:一、通过高温固相合成法合成了多晶原料并采用提拉法成功生长了Dy、Dy/Tb和Dy/Eu:Na_2Gd_4(MoO_4)_7晶体。二、对晶体的热学性质进行测试和表征,得到Na_2Gd_4(MoO_4)_7晶体的熔点为1179°C,继续加热至熔点以上会发生分解生成Gd_2(MoO_4)_3和Na_2MoO_4的分解物。三、通过Judd-Ofelt理论计算出Dy:Na_2Gd_4(MoO_4)_7晶体的强度参数为Ω_2=20.89×10~(-20)cm~2,Ω_4=4.11×10~-2020 cm~2,Ω_6=2.32×10~-2020 cm~2。黄光跃迁~4F_(9/2)→~6H_(13/2)(575 nm)具有最大的荧光分支比(74.5%),辐射寿命计算为187μs,最大的荧光发射截面为1.05×10~-2020 cm~2,荧光寿命测得142μs,荧光量子效率为75.9%。对比其他Dy~(3+)离子掺杂的晶体,如Li NbO_3,Lu_2SiO_5等,在黄光跃迁~4F_(9/2)→~6H_(13/2)波段575 nm处,Dy:Na_2Gd_4(MoO_4)_7晶体具有更大的荧光发射截面和荧光分支比。四、通过在Dy:Na_2Gd_4(MoO_4)_7晶体中共掺杂Tb离子,进一步提高晶体黄光跃迁(~4F_(9/2)→~6H_(13/2))的荧光分支比(80.2%),和增大对应的荧光发射截面(1.34×10~-2020 cm~2)。共掺Tb离子后,一方面有利于Dy黄光跃迁下能级~6H_(13/2)的粒子数减少,另外一方面,对Dy黄光跃迁的上能级影响很小,并且有效减少下能级寿命,从而促进Dy离子~4F_(9/2)→~6H_(13/2)跃迁的离子数反转,增强其荧光发射。五、最后,本文第一次尝试在Dy:Na_2Gd_4(MoO_4)_7中共掺杂Eu离子,结果发现,对于黄光发射对应能级跃迁(~4F_(9/2)→~6H_(13/2)),相比于Dy:Na_2Gd_4(MoO_4)_7晶体,Eu离子对Dy黄光跃迁的上能级影响很小,而且Dy/Eu:Na_2Gd_4(MoO_4)_7晶体具有更高的荧光分支比(80.0%),和更大的发射截面(1.55×10~-2020 cm~2)更高的荧光量子效率(57.4%)。总的来说,本文研究了Dy、Dy/Tb和Dy/Eu:Na_2Gd_4(MoO_4)_7晶体的生长及光学性能,发现Dy:Na_2Gd_4(MoO_4)_7具有较好的光学性能。在Dy:Na_2Gd_4(MoO_4)_7中共掺杂Tb或Eu离子,发现Dy/Tb和Dy/Eu:Na_2Gd_4(MoO_4)_7晶体的荧光分支比得到增加,黄光发射效率得到提高,表明Dy/Tb和Dy/Eu:Na_2Gd_4(MoO_4)_7晶体是一个很有发展前景的黄光激光晶体。
【图文】：

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图 2.1 DSC 曲线的分析示意图Fig.2.1 The diagram to analysis the DSC curve样品进行 TG-DSC 热分析，，了解晶体的熔点及其热稳定性，观现物质质量增加或者减少的情况，以此根据样品的化学式以及

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图 3.1 掺杂 Dy 离子晶体的能级图Fig.3.1. Energy level scheme of the Dy3+-doped crystal.oO4)7属于白钨矿结构（四方晶系，空间群 I41/a），化学式可
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O734

【参考文献】