銩離子摻雜氧化鋯納米晶光子雪崩與雙穩(wěn)輻射特性研究.pdf

1、稀土離子Tm摻雜納米材料在可見藍(lán)光波段具有高效的上轉(zhuǎn)換輻射，因而在全固態(tài)藍(lán)光激光器、高密度光信息存儲(chǔ)以及多功能光學(xué)顯示等方面具有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值。本論文實(shí)驗(yàn)研究了Tm離子摻雜ZrO2納米晶材料的光子雪崩發(fā)光動(dòng)力學(xué)，以及Yb離子敏化Tm：ZrO2納米晶上轉(zhuǎn)換輻射的本征光學(xué)雙穩(wěn)特性，理論分析了光子雪崩發(fā)光和上轉(zhuǎn)換輻射本征雙穩(wěn)的具體物理機(jī)理。
　　 采用燃燒法制備了不同摻雜濃度的Tm：ZrO2納米晶材料，詳細(xì)表征了納米晶樣品的成分、

2、形貌、尺寸和晶相結(jié)構(gòu)等。采用653 nm雪崩波長激光作為激發(fā)源，獲得了高效的475 nm藍(lán)光上轉(zhuǎn)換和830 nm近紅外下轉(zhuǎn)換輻射光譜。研究了室溫環(huán)境下Tm：ZrO2納米晶的光子雪崩穩(wěn)態(tài)發(fā)光特性和瞬態(tài)激發(fā)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，實(shí)驗(yàn)上觀察到了光子雪崩顯著的閾值發(fā)光行為和臨界慢化現(xiàn)象。詳細(xì)分析了Tm：ZrO2納米晶的發(fā)光閾值和雪崩閾值，以及發(fā)光效率等對(duì)Tm離子摻雜濃度的依賴，給出了優(yōu)化摻雜濃度。實(shí)驗(yàn)獲得了毫瓦量級(jí)以下的超低閾值光子雪崩發(fā)光，分析了Tm：

3、ZrO2納米晶材料所具有的優(yōu)良的光子雪崩發(fā)光性能。
　　 采用速率方程理論建立了Tm離子摻雜體系在653 nm激光激發(fā)下的光子雪崩物理模型，數(shù)值模擬了Tm離子基態(tài)與激發(fā)態(tài)能級(jí)布居數(shù)的穩(wěn)態(tài)抽運(yùn)動(dòng)力學(xué)和激發(fā)光的非線性反飽和吸收行為，分析了主要物理參數(shù)對(duì)光子雪崩閾值和發(fā)光強(qiáng)度的影響。數(shù)值模擬了653 nm方波脈沖激發(fā)下Tm離子布居數(shù)的瞬態(tài)時(shí)間演化動(dòng)力學(xué)，分析了光子雪崩的臨界慢化現(xiàn)象。通過與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較，理論模型很好地預(yù)見了Tm：Zr

4、O2納米晶光子雪崩發(fā)光的穩(wěn)態(tài)特性和瞬態(tài)時(shí)間響應(yīng)，合理地解釋了其微觀物理過程。
　　 采用燃燒法制備了2 mol％低濃度和10 mol％高濃度Yb離子摻雜的Tm：ZrO2納米晶樣品，通過X射線衍射儀、掃描電鏡和透射電鏡分別表征了相應(yīng)的晶相結(jié)構(gòu)和顆粒形貌，分析了摻雜濃度對(duì)晶相結(jié)構(gòu)的影響。在室溫環(huán)境下，采用973 nm二極管激光器作為激發(fā)源，實(shí)驗(yàn)測量了可見與近紅外上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜，分析了不同Yb離子摻雜濃度下所對(duì)應(yīng)的敏化能量傳遞上轉(zhuǎn)換機(jī)