Er3+離子摻雜PMN-PT透明陶瓷光學(xué)性能研究.pdf

1、稀土元素以其獨(dú)特的物理性質(zhì)和化學(xué)特征,在激光、照明電源、顯示顯像、光電子學(xué)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。三價的鉺離子(Er3+)的能級十分豐富,在泵浦光的照射下,可以輻射出不同波長的光子,是1.55μm第三代通信材料非常理想的增益介質(zhì),同時,它的上轉(zhuǎn)換通道非常豐富,主要用于1.55μm激光材料,生物熒光標(biāo)簽和長余輝發(fā)光的警示標(biāo)識的研究。
　　在稀土的光學(xué)研究中,基質(zhì)材料的特性對稀土元素發(fā)光效率的影響很大。具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛

2、(PMN-PT)透明陶瓷具有大的電光系數(shù),良好的光學(xué)透明度和高的光學(xué)損傷閥值,是一種理想的基質(zhì)材料。
　　本文采用固相反應(yīng)和兩步燒結(jié)技術(shù)制備了不同濃度的三價鉺離子Er3+摻雜的具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的PMN-PT透明陶瓷。利用XRD、熒光光譜儀對其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)及光學(xué)性能表征,詳細(xì)研究了不同濃度的稀土摻雜對PMN-PT:Er3+透明陶瓷的透明度、結(jié)構(gòu)、上轉(zhuǎn)換發(fā)光的影響,并對其上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)理進(jìn)行了討論,研究了溫度對紅外發(fā)光強(qiáng)度和1533nm處發(fā)

3、射峰半高寬的影響,以探索其在發(fā)光領(lǐng)域潛在的應(yīng)用價值。
　　第三章,利用光吸收光譜,紅外發(fā)射光譜和激發(fā)光譜等測試方法研究了0.5mol.％鉺離子Er3+摻雜的PMN-PT透明陶瓷的物相組成、透明度和不同溫度下的熒光性能。結(jié)果表明,樣品從可見光到紅外區(qū)域的光透過率是65％。能級大約為2.98eV。4I13/2能級躍遷到4I15/2能級的激發(fā)光譜表明PMN-PT透明陶瓷中鉺離子Er3+的直接光學(xué)泵浦是非常有效的。隨著溫度的增加,鉺離子發(fā)

4、射峰的半高寬單調(diào)地變寬;然而發(fā)光強(qiáng)度顯示出了不同的結(jié)果,在12K到185K之間,發(fā)光強(qiáng)度隨著溫度的升高而增強(qiáng),接下來隨著溫度從185K升高到300K,發(fā)光強(qiáng)度反而降低。
　　第四章,應(yīng)用X射線粉末衍射(XRD)、吸收光譜等測試方法研究了不同濃度鉺離子Er3+摻雜的PMN-0.25PT透明陶瓷的物相組成,分析其結(jié)構(gòu)特征。結(jié)果表明,我們成功制備了未摻雜和 Er3+離子摻雜濃度分別為0.5mol.％,1.0mol.％,2.0mol.％和

5、5.0mol.％的具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的PMN-0.25PT透明陶瓷,摻雜濃度為5.0mol.％時有焦綠石相生成,其含量小于2.0％。Er3+離子的摻雜對材料的光學(xué)透明度和吸收邊有明顯的改性作用。Er3+離子濃度低于2.0mol.％時,樣品的帶隙與純的樣品相比較寬,極化作用可能占主導(dǎo)地位。而當(dāng)PMN-0.25PT透明陶瓷中Er3+離子濃度較大時,局部缺陷能級占主導(dǎo)地位。
　　第五章,利用熒光光譜儀對樣品進(jìn)行了發(fā)光性能表征,研究了Er3+

6、離子摻雜的PMN-PT透明陶瓷的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能,其中Er3+離子的摻雜濃度從0.5mol.％到5.0mol.％變化。研究了上轉(zhuǎn)換發(fā)光曲線對摻雜濃度和激光強(qiáng)度的依賴關(guān)系,并且討論了上轉(zhuǎn)換發(fā)光可能的機(jī)制。結(jié)果表明,隨著 Er3+離子濃度增加,透明陶瓷的發(fā)光顏色從黃綠色向紅橙色變化。在低濃度Er3+離子摻雜的PMN-PT透明陶瓷中(0.5和1.0mol.％),上轉(zhuǎn)換發(fā)光主要是由于激發(fā)態(tài)吸收過程引起的,而在高濃度Er3+離子摻雜的PMN-PT透