稀土掺杂（Ba，Sr）TiO3纳米粉体的光谱特性及发光机理研究

论文摘要

稀土掺杂发光材料在光纤通信、光纤放大器、激光技术等光电子器件领域有着广阔的应用前景,是当前光电子材料领域研究的热点之一。本文采用改进的溶胶—凝胶法制备稀土掺杂BST纳米粉体。研究了3mol%Ho3+、（1、3、5、7m0l%）Er3+单掺和（Yb3+Er3+）共掺的BST纳米粉体的光谱性质,讨论了BST纳米粉体上转换发光机理和浓度淬灭机理。采用改进的溶胶—凝胶法制备了不同稀土离子种类及不同浓度掺杂BST纳米粉体,XRD表明所有样品均为多晶钙钛矿结构,TEM显示BST纳米粉体的粒径在100nm左右。基于J-O理论和吸收谱计算出了Ho3+掺杂的BST纳米粉体光谱学参数。用J-O理论拟合吸收光谱得到3mol%Ho3+掺杂的BST纳米粉体的晶体场强度参数Ω2、Ω4、Ω6分别为0.229×10-20、0.515×10-20、0.761×10-20cm2。系统计算出样品中Ho3+各个能级的自发辐射概率、荧光分支比和辐射寿命。在514nm激光激发下,出现了中心波长位于545nm、650nm、706nm和753nm的发光带,分别对应于（5F4,5S2）→5I8、5Fs→5I8、5I4→5I8和（5F4,5S2）→5I7的跃迁。计算出了各发射带的受激发射截面。用J-O理论计算不同Er3+浓度掺杂的BST纳米粉体的谱线强度、自发辐射概率、辐射寿命和荧光分支比等光谱参数。通过荧光衰减谱得到2H11-2能级的寿命为116.31μs,计算出2H11/2能级荧光量子效率为38.77%。在514nm激光激发下所有样品均出现了五个中心波长位于522nm、545nm、654nm、801nm和851nm的发光带,分别对应于2H11/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2,4F9/2→4I15/2,4I9/2→4I15/2和4S3/2→4I13/2的跃迁。分析讨论了斯托克斯发光机理和浓度淬灭机理。研究了Er3+单掺和（Yb3+,Er3+）共掺的BST纳米粉体上转换发光,在785nm激光激发下,不同Er3+浓度掺杂的BST纳米粉体均出现了中心波长位于407nm、523nm和547nm发光带。分别对应于2H9/2→4I15/2、2H11/2→4I15/2和4S3/2→4I15/2的跃迁。在800nm荧光激发下,不同（Yb3+,Er3+）浓度共掺的BST纳米粉体均出现了两个中心波长位于468nm和537nm的发光带,分别对应于4F3/2→4I15/2和4S3/2→4I15/2的跃迁,分析讨论了上转换发光机理和浓度淬灭机理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 稀土发光材料的研究现状
• 1.1.1 稀土元素
• 1.1.2 稀土离子辐射跃迁机理
• 1.1.3 稀土掺杂基质材料
• 1.2 铁电基稀土发光材料研究现状
• 1.2.1 铁电基稀土发光材料
• 1.2.2 稀土掺杂BST铁电材料研究现状
• 1.3 本文的选题背景及主要研究内容
• 1.3.1 本文的选题背景
• 1.3.2 本文的主要研究内容
• 1.4 本论文的实验原料、主要仪器及测试项目
• 第二章 稀土掺杂BST纳米粉体的制备
• 2.1 BST纳米粉体制备方法
• 2.1.1 固相法
• 2.1.2 化学沉淀法
• 2.1.3 水热合成法
• 2.1.4 溶胶—凝胶法
• 2.2 稀土掺杂BST纳米粉体的制备及微结构
• 2.2.1 稀土掺杂BST纳米粉体的制备
• 2.2.2 BST纳米粉体的微结构表征
• 2.3 本章小结
• 3+掺杂BST纳米粉体的光谱特性'>第三章 J-O理论分析Ho³⁺掺杂BST纳米粉体的光谱特性
• 3+掺杂BST纳米粉体光谱特性研究'>3.1 Ho³⁺掺杂BST纳米粉体光谱特性研究
• 3+掺杂BST纳米粉体的吸收光谱'>3.1.1 Ho³⁺掺杂BST纳米粉体的吸收光谱
• 3+掺杂BST纳米粉体的晶体场强度参数'>3.1.2 J-O理沦计算Ho³⁺掺杂BST纳米粉体的晶体场强度参数
• 3+掺杂BST纳米粉体的辐射几率、辐射寿命、荧光分之比'>3.1.3 Ho³⁺掺杂BST纳米粉体的辐射几率、辐射寿命、荧光分之比
• 3+掺杂BST纳米粉体的发光性能研究'>3.2 Ho³⁺掺杂BST纳米粉体的发光性能研究
• 3+掺杂BST纳米粉体的光致发光谱及发光机理'>3.2.1 Ho³⁺掺杂BST纳米粉体的光致发光谱及发光机理
• 3+掺杂BST纳米粉体的受激发射截面计算'>3.2.2 Ho³⁺掺杂BST纳米粉体的受激发射截面计算
• 3.3 本章小结
• 3+浓度掺杂的BST纳米粉体光谱特性'>第四章 不同Er³⁺浓度掺杂的BST纳米粉体光谱特性
• 3+掺杂BST纳米粉体的光谱特性研究'>4.1 Er³⁺掺杂BST纳米粉体的光谱特性研究
• 3+掺杂BST纳米粉体的吸收光谱'>4.1.1 Er³⁺掺杂BST纳米粉体的吸收光谱
• 3+：BST纳米粉体的吸收光谱'>4.1.2 J-O理论拟合Er³⁺：BST纳米粉体的吸收光谱
• 3+掺杂BST纳米粉体的辐射几率、辐射寿命、荧光分之比的计算'>4.1.3 Er³⁺掺杂BST纳米粉体的辐射几率、辐射寿命、荧光分之比的计算
• 3+掺杂BST纳米粉的体斯托克斯发光'>4.2 Er³⁺掺杂BST纳米粉的体斯托克斯发光
• 3+掺杂BST纳米粉体的荧光光谱'>4.2.1 514nm激光激发下Er³⁺掺杂BST纳米粉体的荧光光谱
• 3+掺杂BST纳米粉体斯托克斯发光的浓度淬灭机理'>4.2.2 Er³⁺掺杂BST纳米粉体斯托克斯发光的浓度淬灭机理
• 3+：BST纳米粉体荧光量子效率'>4.2.3 Er³⁺：BST纳米粉体荧光量子效率
• 4.3 本章小结
• 3+单掺及(Yb³⁺,Er³⁺)共掺BST纳米粉体上转换发光研究'>第五章 Er³⁺单掺及(Yb³⁺,Er³⁺)共掺BST纳米粉体上转换发光研究
• 5.1 上转换发光
• 5.1.1 上转换发光的研究现状
• 5.1.2 上转换发光机理
• 3+掺杂BST纳米粉体的上转换发光研究'>5.2 Er³⁺掺杂BST纳米粉体的上转换发光研究
• 3+：BST纳米粉体的上转换发光谱'>5.2.1 785nm激光激发下Er³⁺：BST纳米粉体的上转换发光谱
• 5.2.2 泵浦功率与上转换发光强度的关系
• 3+：BST纳米粉体的上转换发光机理'>5.2.3 Er³⁺：BST纳米粉体的上转换发光机理
• 3+,Er³⁺)共掺BST纳米粉体上转换发光研究'>5.3 (Yb³⁺,Er³⁺)共掺BST纳米粉体上转换发光研究
• 3+,Er³⁺)共掺BST纳米粉体的上转换发光谱'>5.3.1 (Yb³⁺,Er³⁺)共掺BST纳米粉体的上转换发光谱
• 3+,Er³⁺)共掺BST纳米粉体的上转换发机理'>5.3.2 (Yb³⁺,Er³⁺)共掺BST纳米粉体的上转换发机理
• 5.4 本章小结
• 全文总结
• 参考文献
• 附录
• 致谢