双掺镁铒近化学计量比铌酸锂晶体微观缺陷与上转换性能

论文摘要

采用助熔剂提拉生长出了无宏观缺陷、光学均匀性好的单掺Er和双掺Mg/Er近化学计量比的LiNbO3（N-SLN）单晶体，研究总结出了最佳生长工艺参数。采用红外吸收光谱和紫外吸收谱研究了晶体中的微观缺陷。结果表明，双掺Mg/Er近化学计量比LiNbO3晶体的MgO掺杂阈值浓度为1mol%左右；随MgO掺杂浓度的增加，其成分偏离化学计量比程度增大，紫外吸收边先是红移，然后不断的紫移;晶体对紫外-可见光的吸收强度逐渐减小。以晶体的紫外-可见-近红外（UV-Vis-NIR）吸收光谱为数据来源，采用基于室温（300K）下单轴晶体非偏振光谱的J-O理论模型，计算了J-O参数、能级跃迁强度、能级寿命、荧光分支比等光谱参数。结果显示J-O参数Ω4和Ω6随着MgO掺杂浓度的增加而减少；在MgO掺杂未达到阈值浓度时，光谱的品质因子X值随着MgO掺杂浓度的增加而增大，MgO掺杂浓度达到阈值后，X值开始随着MgO掺杂浓度的增加而减少。4S3/2能级寿命理论值随MgO掺杂浓度的增加而增大，而其实验测得值却近似为一常数（25μs）,晶体中Er3+离子4S3/2能级辐射量子效率（η）随着MgO掺杂浓度的增加而减小。团位簇Er3+离子对于800nm激发的上转换550nm绿光发光是有害的；双掺Mg（0.5mol%）/Er（1mol%）近化学计量比LiNbO3晶体的上转换550nm绿光发光性能最好；在掺MgO浓度低于阈值浓度时，团位簇Er3+离子浓度随着MgO掺杂浓度的提高而稍微减少；当MgO的掺杂浓度超过域值浓度时，晶体中团位簇Er3+离子浓度骤然增多，且随着MgO掺杂浓度的增加而逐渐增大；晶体中Er3+离子4S3/2能级无辐射衰减是由团位簇Er3+离子间交叉驰豫无辐射能量转移造成的；800nm激发的Er3+离子上转换550nm绿光发光是以基态吸收（GSA）/激发态吸收（ESA）为机制的双光子上转换发光。双掺Mg/Er近化学计量比LiNbO3晶体的抗光损伤能力比相同掺杂量的同成分LiNbO3晶体高出了4个数量级；单掺Er（1mol%）的近化学计量比LiNbO3晶体的抗光损伤能力比双掺Mg（0.5mol%）/Er（1mol%）近化学计量比LiNbO3晶体的抗光损伤能力低一个数量级。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的意义和背景
• 3 晶体的晶格结构及本征缺陷模型'>1.2 LiNbO₃晶体的晶格结构及本征缺陷模型
• 3 晶体的结构'>1.2.1 LiNbO₃晶体的结构
• 3 晶体的本征缺陷结构模型'>1.2.2 LiNbO₃晶体的本征缺陷结构模型
• 3 晶体性能特点及应用'>1.3 近化学计量比 LiNbO₃晶体性能特点及应用
• 1.4 国内外研究进展
• 3+ 离子在 LiNbO₃ 晶体中上转换发射机制'>1.4.1 Er³⁺ 离子在 LiNbO₃晶体中上转换发射机制
• 3 晶体抗光损伤性能'>1.4.2 LiNbO₃晶体抗光损伤性能
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第2章 试验材料与实验方法
• 2.1 晶体生长
• 2.1.1 原料及配比
• 2.1.2 晶体生长工艺参数
• 2.1.3 生长过程及其控制
• 2.2 晶体后处理
• 2.3 微观结构测试
• 2.3.1 红外吸收光谱测试
• 2.3.2 紫外-可见-近红外吸收光谱测试
• 2.4 绿光上转换发射性能的测量
• 2.5 抗光损伤能力测试
• 3 晶体的微观缺陷'>第3章 Mg/ Er近化学计量比LiNbO₃晶体的微观缺陷
• 3.1 红外吸收光谱随 MgO 掺杂浓度的变化
• 3.2 紫外吸收边的移动与 MgO 浓度的关系
• 3.3 本章小结
• 3 晶体的吸收特性 及J- O理论分析'>第4章 Mg/Er近化学计量比LiNbO₃ 晶体的吸收特性 及J- O理论分析
• 4.1 J- O 基础理论模型的建立
• 4.1.1 各向同性基质的 J - O 理论模型
• 4.1.2 单轴晶体的 J- O 理论模型
• 4.2 吸收光谱参数的计算
• 4.3 晶体上转换激光性能的预测
• 4.4 本章小结
• 3 晶体的上转换发射与抗光损伤性能'>第5章 Mg/Er近化学计量比LiNbO₃晶体的上转换发射与抗光损伤性能
• 5.1 上转换稳态发射性能
• 3+离子⁴S_3/2 能级的衰减行为和机制'>5.2 Er³⁺离子⁴S_3/2能级的衰减行为和机制
• 5.3 簇位离子的再分布
• 5.4 上转换绿光发射机制
• 5.5 晶体抗光损伤能力与增强机理
• 5.5.1 晶体抗光损伤能力与 MgO 浓度的关系
• 5.5.2 晶体抗光损伤能力增强机理
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢