用方波激光激发研究上转换发光的激发过程

论文摘要

在高密度光存储、红外探测、激光防伪、生物标记、短波长固态激光器、三维显示、医学诊断等领域的应用前景促进了稀土离子上转换发光的研究。四十年来,人们广泛研究了掺杂不同稀土离子的玻璃或晶体的上转换发光,取得了长足的进展。目前研究工作的重点仍然是寻找最佳的上转换发光材料和深入理解上转换发光的激发机理。由于稀土离子具有丰富的能级,仅依据光谱、上转换发光强度和激发强度的幂次关系以及能量匹配分析上转换过程的激发机理,往往只能罗列出各种可能的跃迁过程,而不能唯一地确定其中哪种过程是主要的。本论文工作的目的是通过对上转换发光动力学过程的研究,对一些体系中上转换发光的激发途径得到明确的认识。本文研究的内容主要分为以下几部分:1.研制了方波电源,主要由多谐振荡、分频、前置放大和驱动电路四部分组成。半导体激光器在方波电源的驱动下,以频率可变的方式发射方波激光。2.用方波电源驱动的808nm、980nmLD激发Er3+掺杂亚碲酸盐氟氧化物玻璃,测量上转换绿光、红光的上升和衰减曲线。建立了速率方程,通过分析上转换发光的上升和衰减曲线,确定其不同的中间能级,从而确定两种波长激发下Er3+离子上转换发光的激发过程。分析了808nm LD激发下Er3+掺杂亚碲酸盐氟氧化物玻璃的绿光出现的明显的“饱和”现象。利用速率方程建立的模型对实验结果进行拟合,得到饱和现象是源于基态和激发态吸收饱和的结论。3.用方波电源驱动980nmLD激发Er3+:碲酸盐玻璃和Er3+-Yb3+:碲酸盐玻璃,测量2H11/2、4S3/2、4F9/2能级的上升和衰减曲线,分析了敏化剂离子Yb3+能量传递对荧光上升和衰减的影响。建立了系统的速率方程,分析了单掺Er3+和双掺Er3+-Yb3+的2H11/2、4S3/2、4F9/2能级的上升与Er3+中间能级寿命和Yb3+上能级寿命的关系,以区分激发态吸收和逐次能量传递两种上转换激发机理,通过对实验曲线的分析,确定Er3+-Yb3+掺杂碲酸盐玻璃上转换发光的动力学过程。4.研究了808nmLD激发下Er3+单掺、980nmLD激发下Er3+-Yb3+共掺体系上转换发光动力学过程的微分方程数值解,通过改变参数来分析Er3+的激发态吸收、Er3+的交叉弛豫、Er3+-Yb3+间的能量传递上转换发光的过程。对每种机理起主要作用的条件进行了讨论。通过与实验拟合,对前面工作用弱激发近似得到的结论作了进一步的验证。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 上转换发光的背景
• 1.2 上转换发光的应用
• 1.3 上转换发光激发机理
• 1.3.1 激发态吸收引起的上转换发光
• 1.3.2 能量传递引起的上转换发光
• 1.3.3 光子雪崩（Photon Avalanche）
• 1.4 基本理论
• 1.4.1 跃迁的基本理论
• 1.4.2 稀土离子4f组态内电偶极跃迁的Juud-Ofelt理论
• 1.4.3 能量传递
• 1.4.4 速率方程
• 1.5 上转换发光的实验
• 1.5.1 基质材料
• 1.5.2 能级寿命的测量
• 1.6 论文的研究目的与内容
• 3+掺杂亚碲酸盐氟氧化物玻璃上转换发光激发过程的研究'>2 Er³⁺掺杂亚碲酸盐氟氧化物玻璃上转换发光激发过程的研究
• 2.1 实验与测量
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 测量
• 2.2 上转换发光激发机理的研究
• 2.2.1 绿光上转换发光激发机理的研究
• 2.2.2 光上转换发光激发机理的研究
• 2.3 上转换发光饱和现象的分析
• 2.3.1 实验
• 2.3.2 结果与讨论
• 2.4 结论
• 3+-yb³⁺共掺碲酸盐玻璃上转换发光激发过程的研究'>3 Er³⁺-yb³⁺共掺碲酸盐玻璃上转换发光激发过程的研究
• 3.1 实验
• 3.2 绿光上转换发光机理的研究
• 3.2.1 上转换绿光速率方程模型
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.3 光上转换发光机理的研究
• 3+掺杂碲酸盐玻璃上转换红光发光机理的研究'>3.3.1 Er³⁺掺杂碲酸盐玻璃上转换红光发光机理的研究
• 3.3.2 上转换红光速率方程模型
• 3.3.3 结果与讨论
• 3.4 结论
• 4 用数值方法分析上转换发光动力学过程
• 3+单掺杂体系上转换发光速率方程的数值解'>4.1 Er³⁺单掺杂体系上转换发光速率方程的数值解
• 4.1.1 上转换绿光
• 4.1.2 上转换红光
• 3+-yb³⁺双掺体系上转换发光速率方程的数值解'>4.2 Er³⁺-yb³⁺双掺体系上转换发光速率方程的数值解
• 4.2.1 上转换绿光
• 4.2.2 上转换红光
• 4.3 结论
• 5 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集