铟镱掺杂钕铌酸锂晶体的光学性能研究

作     者：冀丽爽 

作者单位：辽宁工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵光

授予年度：2019年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070205[理学-凝聚态物理] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 070301[理学-无机化学] 0702[理学-物理学] 

主      题：Nd:LiNbO3晶体 离子掺杂 缺陷结构 上转换发光 J-O理论 

摘      要：铌酸锂(LiNbO,简称LN)晶体是非常优良的光学材料,Nd具有优良的上转换发光性能。将LN晶体与Nd进行掺杂后形成的Nd:LN晶体,不但会保留其良好的光学性能,还具有Nd元素的上转换发光性能。目前掺杂其他元素是提升Nd:LN晶体发光性能的比较成熟的方法。因此本文采用元素Yb与In作为掺杂元素去改善Nd:LN的发光性能。以掺杂晶体作为研究对象,并对不同元素、不同浓度的掺杂情况进行了系统的分析。以XRD、红外吸收光谱及紫外吸收光谱测试为手段研究各晶体的内部缺陷结构。通过上转换发光、功率曲线分析出掺杂晶体的上转换发光机制。最后通过J-O理论较精确地对稀土离子Nd发光性能进行定量分析。对In:Yb:Nd:LN晶体试样进行XRD检测,发现在In:Yb:Nd:LN晶体中掺杂离子全部以取代晶格原子的方式进入晶格,而不是进入了晶格间隙。综合晶体的OH吸收峰以及紫外吸收边移动规律分析,在Yb:Nd:LN晶体与In:Yb:Nd:LN晶体中掺杂元素优先取代LN晶体中的反位铌Nb(10)),当掺杂浓度达到阈值浓度才会占据正常的Li位及Nb位。根据上转换发射光谱及功率曲线进行分析:Nd的近红外发光属于单光子过程,对应于F→I能级跃迁过程;Nd的上转换红光发光过程是双光子过程,对应于G→I能级跃迁过程;Nd的上转换绿光发光同样属于双光子过程,对应于G→I能级跃迁过程。根据J-O理论对晶体光谱性能参数的计算结果得出:样品晶体S2(In-2mol%)具有相对较高的泵浦效率,是非常有潜力的激光介质材料。在Yb:Nd:LN晶体与In:Yb:Nd:LN晶体中Yb与In掺杂浓度的变化都会影响掺杂晶体的发射光强度及各项光谱参数。且在一定的掺杂浓度范围,Yb与In掺杂浓度的增加理论上对Nd掺杂LN晶体的上转换发光有积极作用。