论文摘要
本论文采用提拉法生长出一系列无宏观缺陷、光学质量较好的Dy/Er-LiNbO3晶体,对生长的晶体进行了定向切割、抛光等处理,研究了晶体生长工艺、缺陷结构及上转换光学性能。X射线衍射结果表明,Dy、Er的掺入并没有改变LiNbO3单晶的晶体结构,只是使晶胞参数有微小变化。这说明Dy和Er均以取代Nb和Li的方式进入晶体。通过对晶体的红外吸收光谱和紫外可见吸收光谱的测试,分析了掺杂浓度对OH-吸收峰峰位的影响,从而解释了Dy和Er在LiNbO3中的占位规律。结果表明Dy3+和Er3+在LiNbO3晶体中可占据正常Li位和Nb位,形成孤位Dy3+、Er3+离子缺陷中心(DyLi2+、DyNb2+、ErNb2-和ErLi2+)和Dy3+、Er3+离子团位束缺陷中心(ErLi2+-ErNb2-、DyLi2+-DyNb2-、DyLi2+-ErNb2-及ErLi2+-DyNb2-),而Dy3+在浓度小于0.5mol%的时候,可能优先占据反位Nb位。采用800nm光激发,测试了晶体的上转换发光谱及上转换时间分辨光谱。重点分析了Dy3+和Er3+掺杂浓度对580nm和550nm处发光峰强度的影响,其中Er3+的掺入使对应Dy3+的4F9/2à6H13/2跃迁的580nm上转换发射强度增加一倍,但对Dy3+的4F9/2能级寿命没有影响。而Dy3+的掺入对Er3+的4S3/2à4I15/2跃迁的550nm发光强度和寿命均有影响,说明Dy3+离子的一些能级参与到Er3+离子550nm发光的过程中。进一步研究表明,580nm波段及550nm波段的发光均为双光子过程。分别计算了Dy3+和Er3+离子在LiNbO3中的J-O理论参数,结果显示,Dy3+在LiNbO3晶体中使晶格变形较Er3+大,Dy3+离子的受激发射能力低于Er3+离子。