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通过离子间有效交叉驰豫实现掺Tm光纤激光器的高功率和高效率运转(英文)

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徐州师范大学学报（自然科学版） 2010年第2期28卷 1-4页

作者：赵晓波陈浩赵婷杨晓芳沈德元徐州师范大学物理与电子工程学院江苏徐州221116 徐州工业职业技术学院材料工程系江苏徐州221140

通过对石英玻璃光纤芯径组分及Tm3+掺杂浓度的优化,有效地提高了Tm离子间的交叉驰豫过程,实现了掺铥光纤激光的高功率、高效率运转.当耦合的790 nm泵浦光为137 W时,掺铥光纤激光产生了81.5 W连续2.03μm激光输出,相对于耦合泵浦光的激... 详细信息

通过对石英玻璃光纤芯径组分及Tm3+掺杂浓度的优化,有效地提高了Tm离子间的交叉驰豫过程,实现了掺铥光纤激光的高功率、高效率运转.当耦合的790 nm泵浦光为137 W时,掺铥光纤激光产生了81.5 W连续2.03μm激光输出,相对于耦合泵浦光的激光斜效率达62.5%,为斯托克斯极限效率的1.7倍.最后讨论了进一步提高激光输出性能的方法和可行性.

关键词：高功率掺Tm 石英光纤激光交叉驰豫

Tm^(3+)掺杂MFT玻璃材料上转换荧光浓度猝灭的研究

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光谱学与光谱分析 2001年第3期21卷 287-289页

作者：陈宝玖王海宁黄世华中国科学院长春光学精密机械与物理所

我们制备了Tm3 +掺杂的不同浓度的MFT玻璃材料 ,在 6 5 0nm激发下观察了Tm3+掺杂的MFT玻璃材料的两个蓝色上转换发光 ,研究了上转换发光的浓度猝灭。实验结果证明这种材料的蓝色上转换荧光的猝灭浓度达到 0 6mol· % ,比其他材料中报... 详细信息

我们制备了Tm3 +掺杂的不同浓度的MFT玻璃材料 ,在 6 5 0nm激发下观察了Tm3+掺杂的MFT玻璃材料的两个蓝色上转换发光 ,研究了上转换发光的浓度猝灭。实验结果证明这种材料的蓝色上转换荧光的猝灭浓度达到 0 6mol· % ,比其他材料中报道的猝灭浓度高 3倍。研究了Tm3 +离子间的交叉弛豫行为。

关键词：荧光浓度猝灭上转换发光交叉驰豫 MFT玻璃稀土掺杂铥光学性质

Ca_9Y(PO_4)_7∶Ce^(3+),Tb^(3+)纳米荧光粉的制备及发光性能

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无机化学学报 2016年第12期32卷 2136-2142页

作者：王瓒米晓云谢凌婕潘笑盈周鸿燕陈树怡张希艳柏朝晖长春理工大学材料科学与工程学院长春130022

采用水热法制备出Ca_9Y(PO4)7∶Ce^(3+),Tb^(3+)纳米荧光粉,通过XRD、SEM和荧光光谱等对样品进行了分析,研究在Ca_9Y(PO4)7基质中引入Ce^(3+),Tb^(3+)离子对发光性能的影响规律。研究发现因Tb^(3+)离子自身能量交叉驰豫的存在,使得单掺T... 详细信息

采用水热法制备出Ca_9Y(PO4)7∶Ce^(3+),Tb^(3+)纳米荧光粉,通过XRD、SEM和荧光光谱等对样品进行了分析,研究在Ca_9Y(PO4)7基质中引入Ce^(3+),Tb^(3+)离子对发光性能的影响规律。研究发现因Tb^(3+)离子自身能量交叉驰豫的存在,使得单掺Tb^(3+)时,通过调节Tb^(3+)离子的浓度可以实现对发光颜色的控制。同时研究了Ce^(3+)-Tb^(3+)之间的能量传递为电多极相互作用的偶极-四极机制,Ce^(3+)-Tb^(3+)之间最大的能量传递效率为55.6%。Ca_9Y(PO4)7∶Ce^(3+),Tb^(3+)的发光颜色可以通过激活离子之间的能量传递和共发射得到可控调节。SEM分析表明荧光粉颗粒尺寸在100 nm左右,分散性好。

关键词： Ca9Y(PO4)7∶Ce3+,Tb3+ 水热法交叉驰豫能量传递

不同掺杂浓度Tm^(3+):LiLuF_4单晶的1800nm荧光发射(英文)

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物理化学学报 2014年第9期30卷 1752-1757页

作者：李珊珊夏海平符立董艳明张加忠谷雪梅章践立王冬杰江浩川陈宝玖宁波大学光电子功能重点实验室浙江宁波315211 中国科学院宁波材料所浙江宁波315211 大连海事大学物理系辽宁大连116026

采用坩埚下降法生长了Tm3+掺杂浓度为0.45%,0.90%,1.63%与3.25%(摩尔分数,x)的LiLuF4单晶.测试了样品的电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、X射线衍射(XRD)谱、吸收光谱(1400-2000 nm),并且分析比较了808 nm半导体激光器(LD)激发... 详细信息

采用坩埚下降法生长了Tm3+掺杂浓度为0.45%,0.90%,1.63%与3.25%(摩尔分数,x)的LiLuF4单晶.测试了样品的电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、X射线衍射(XRD)谱、吸收光谱(1400-2000 nm),并且分析比较了808 nm半导体激光器(LD)激发下荧光光谱.结果表明:当Tm3+的浓度从0.45%变化到3.25%时,1800 nm处的荧光强度呈现了先增后减的趋势,当掺杂浓度约为0.90%时达到最大值,而位于1470 nm处的荧光强度则呈现了相反的趋势.Tm3+:3F4能级的荧光衰减寿命随着掺杂浓度的增加不断减小.1800 nm处的这种荧光强度变化归结于Tm3+离子间的交叉驰豫效应(3H6,3H4→3F4,3F4)和自身的浓度猝灭效应.同时计算得到了浓度为0.90%的样品在1890 nm处的最大发射截面为0.392×10-20cm2.并且根据Judd-Ofelt理论所得寿命和测定的荧光寿命计算得到了3F4→3H6的最大量子效率约为120%.

关键词： Tm^3+ LiLuF4单晶交叉驰豫荧光强度浓度猝灭

紫外激发Ba_2SiO_4∶Gd^(3+),Tb^(3+)的发光性能

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发光学报 2016年第6期37卷 644-649页

作者：肖林久耿艳丽谢颖姜新东崔永强汪书东沈阳化工大学辽宁省稀土化学及应用重点实验室辽宁沈阳110142

采用高温固相法合成了可被紫外光激发的Ba_2SiO_4∶Gd^(3+),Tb^(3+)荧光粉。考察了激活离子掺杂量等因素对发光性能的影响。通过X射线衍射(XRD)、荧光(FL)光谱和荧光寿命曲线对所合成样品的结构和发光性能进行表征,研究了Gd^(3+)和Tb^(... 详细信息

采用高温固相法合成了可被紫外光激发的Ba_2SiO_4∶Gd^(3+),Tb^(3+)荧光粉。考察了激活离子掺杂量等因素对发光性能的影响。通过X射线衍射(XRD)、荧光(FL)光谱和荧光寿命曲线对所合成样品的结构和发光性能进行表征,研究了Gd^(3+)和Tb^(3+)的特征吸收波长激发Ba_2SiO_4∶Gd^(3+),Tb^(3+)的发光性能。在275 nm(Gd^(3+):8S7/2→6IJ)激发下,检测到了Tb^(3+)的特征发射。通过对比不同Tb^(3+)掺杂量下Gd^(3+):~6P_(7/2)能级的衰减曲线,发现随着Tb^(3+)掺杂浓度的增加,该能级的荧光寿命不断缩短,表明样品中存在Gd^(3+)→Tb^(3+)的能量传递,传递方式为无辐射共振能量传递。在244 nm(Tb^(3+):4f^8→4f^75d^1)激发下,Gd^(3+)的掺入使得Tb^(3+)的~5D_3能级的发射逐渐减弱,5D4能级的发射增强。Gd^(3+)的掺入使得544 nm(~5D_4→~7F_5)处的特征发射增强了59%~128%,结合荧光衰减曲线得出Gd^(3+)的掺入对Tb^(3+)能级中~5D_3→~5D_4与~7F_6→~7F_0交叉驰豫有促进作用。

关键词：荧光粉能量传递交叉驰豫 Ba2SiO4∶Gd3+,Tb3+

氟氧化物玻璃陶瓷中Yb^(3+)和Er^(3+)的强交叉弛豫过程

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科学通报 1999年第23期44卷 2489-2492页

作者：张光寅赵丽娟侯延冰许京军商美如南开大学物理学院光子学中心天津300071 北方交通大学光电技术研究所北京100044

氟氧化物玻璃陶瓷是一种兼有氟化物低声子能量和氧化物机械强度的新型上转换发光材料 .在Er3 +和Yb3 +离子共掺杂的氟氧化物玻璃陶瓷中 ,紫光激发时产生较强的红色辐射 ,而不是常规的由于多声子逐级弛豫引起的绿色辐射 .荧光光谱分析表... 详细信息

氟氧化物玻璃陶瓷是一种兼有氟化物低声子能量和氧化物机械强度的新型上转换发光材料 .在Er3 +和Yb3 +离子共掺杂的氟氧化物玻璃陶瓷中 ,紫光激发时产生较强的红色辐射 ,而不是常规的由于多声子逐级弛豫引起的绿色辐射 .荧光光谱分析表明 ,Yb3 +离子的敏化引起的强交叉弛豫过程是红色辐射相对强度增加的主要原因 .紫光激发时产生相对强度较强的红色辐射说明在氟氧化物玻璃陶瓷中 ,稀土离子掺入到氟化物微晶中。

关键词：氟氧化物玻璃陶瓷交叉驰豫镱铒稀土离子

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掺铥光纤激光器的理论研究

掺铥光纤激光器的理论研究

作者：王文杰北京交通大学

学位级别：硕士

铥(Tm)离子具有丰富的能级结构,通过控制泵浦光的波长和功率,掺铥光纤激光器可以产生1.8μm～2.1μm波长范围的激光,被广泛应用于工业、农业、军事以及医学等领域。其中大功率、高效率的2μm波段掺铥光纤激光器的研制是当今的一个研究... 详细信息

铥(Tm)离子具有丰富的能级结构,通过控制泵浦光的波长和功率,掺铥光纤激光器可以产生1.8μm～2.1μm波长范围的激光,被广泛应用于工业、农业、军事以及医学等领域。其中大功率、高效率的2μm波段掺铥光纤激光器的研制是当今的一个研究热点。军事上,它是激光雷达的关键组成部分;医学上,可作为一种高精度的手术刀,其优点是伤口创面小,出血少;通信上,除本身可作为空间光通信的光源外,还可作为泵浦源去抽运其它工作物质,以产生4μm～5μm波长的激光,应用于空间光通信。目前2μm波段掺铥光纤激光器研究的重点是如何改善效率,提高激光输出功率和光束质量。本文主要工作如下: (1)通过分析Tm离子能级结构及其在各类玻璃基质中的光谱吸收特性,了解掺铥光纤的制备过程,解读国外相关文献中已报道的掺铥光纤激光器模型,进而对Tm离子掺杂浓度、光纤长度、泵浦工艺等人为可控制的、并对激光器性能会产生重大影响的参量、条件进行分析和讨论。 (2)在此基础上,进行三种泵浦方式下掺铥光纤激光器的建模和仿真。着重讨论交叉弛豫现象对泵浦光在1m长掺铥光纤中功率吸收的影响;不同掺杂浓度对泵浦光、激光沿光纤分布的影响;不同掺杂浓度对掺铥光纤最佳长度的影响以及掺杂浓度增长与交叉弛豫项之间的比例关系。 (3)利用实验室现有条件搭建了793nm和980nm两种激光泵浦下的掺铥光纤激光器的实验系统,其中谐振腔采用光纤光栅对。利用经液氮冷却的氮气对800nm的泵浦源降温得到工作波长为793nm的泵浦激光,通过光斑仪和光谱分析仪观察泵浦光的光斑以及泵浦光耦合进光束整形石英锥之后输出的光斑特性;使用980nm泵浦源抽运掺铥光纤,通过光谱分析仪观察到掺铥光纤激光器尾纤输出的激光特性,给出相应的数据、图像和实验结论分析。

关键词：掺铥光纤泵浦方式速率方程交叉驰豫

Tb3+掺杂12CaO·7Al2O3的制备及其结构和光学性质研究

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Tb3+掺杂12CaO·7Al2O3的制备及其结构和光学性质研究

作者：薛琳琳东北师范大学

学位级别：硕士

本文通过化学共沉淀法制备了Tb掺杂12CaO·7AlO(C12A7)样品,通过X射线衍射(XRD)、微区拉曼光谱、扫描电镜表征了C12A7:Tb的微结构;并用吸收光谱、激发光谱以及发射光谱等测试手段研究了样品的光学性质。 XRD和拉曼光谱结果表明已经获得... 详细信息

本文通过化学共沉淀法制备了Tb掺杂12CaO·7AlO(C12A7)样品,通过X射线衍射(XRD)、微区拉曼光谱、扫描电镜表征了C12A7:Tb的微结构;并用吸收光谱、激发光谱以及发射光谱等测试手段研究了样品的光学性质。 XRD和拉曼光谱结果表明已经获得具有笼状结构的单相C12A7粉末,同时Tb可能掺入到晶体格位。扫描电镜观察到合成的C12A7:Tb粉末的粒径大小为200-300 nm,掺杂浓度为5 at.%的样品每个晶粒表面上都有100 nm的微孔。在吸收光谱和激发光谱中观察到了基质的吸收和Tb的4f-5d的跃迁。利用280 nm波长紫外光激发,观测到不同Tb离子掺杂浓度的发射光谱。较低浓度掺杂条件下,谱线可分为两部分:470 nm以下的5D3→7FJ的蓝光发射和5D4→7FJ (J=6、5、4、3)的绿光发射;较高浓度掺杂条件下,绿光发射占优势。这是由于发生了交叉驰豫过程。高浓度时两个Tb距离很近,离子间就会产生无辐射能量传递过程,使5D4能级上的Tb布局数增加,5D3能级上的Tb布局数减少。交叉驰豫过程使来源于5D3能级跃迁的发光强度(蓝光发射)猝灭,相应地来源于5D4能级跃迁的发光强度(绿光发射)增强。通过分析浓度猝灭曲线发现5D4到基态跃迁的发光强度随着Tb浓度的增加而减弱,而5D3到基态跃迁的发光强度随着Tb浓度的增加先增强而后减弱。通过曲线拟合得到了引起5D3→7FJ和5D4→7FJ跃迁发光浓度猝灭的相互作用的类型。5D3→7F5跃迁的浓度猝灭主要是由于电偶极-电偶极相互作用的结果,相应地5D4→7F5跃迁的浓度猝灭是由于近邻Tb离子间的交换相互作用引起的。研究了488 nm激发下不同浓度的C12A7:Tb的变温发光特性,观察到样品的发光强度随着温度的升高也升高,表明制备的样品热稳定性好。我们的实验结果表明C12A7材料是一种理想的适合Tb掺杂的基质材料,其很强的绿光发射,表明C12A7:Tb可用于显示以及照明等领域。

关键词： 12CaO·7Al2O3 Tb3+离子吸收光谱交叉驰豫能量传递

基于近红外二区荧光发射的稀土掺杂无机纳米颗粒的制备与应用研究

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基于近红外二区荧光发射的稀土掺杂无机纳米颗粒的制备与应用研究

作者：李志华青岛大学

学位级别：硕士

稀土掺杂无机纳米颗粒(LDNPs)被认为是一种很有前景的近红外二区(NIR-II)荧光材料。相比于其它NIR-II荧光材料,其具有优异的热/化学稳定性、抗光漂白性、低毒性、大斯托克斯位移、荧光发射波长和荧光寿命易可调等特性。目前,合成的LDNP... 详细信息

稀土掺杂无机纳米颗粒(LDNPs)被认为是一种很有前景的近红外二区(NIR-II)荧光材料。相比于其它NIR-II荧光材料,其具有优异的热/化学稳定性、抗光漂白性、低毒性、大斯托克斯位移、荧光发射波长和荧光寿命易可调等特性。目前,合成的LDNPs或多或少都存在粒径偏大、量子产率(QYs)偏低、合成方法繁琐等各类问题。为了满足其在便携式近红外光谱仪、医疗器械、生物成像等领域上的产业化应用,这些问题都亟需解决。本论文针对上面几个问题,开发了基于两种不同材料的LDNPs,研究了SrGaGe O:1.5%Nd(SGGO:1.5%Nd)的结构与荧光性质以及在发光二极管(LEDs)方面的应用,同时探究了Na Yb F:Tm、Gd@Ca F荧光纳米探针的形貌、尺寸、荧光性质的优化。具体内容如下:1.通过微波辅助溶胶-凝胶法制备了一系列新颖的MGaGe O:N(M=Ca、Ba、Sr;N=Cr、Nd、Er)样品,然后重点研究了Nd掺杂的SGGO亚微米荧光粉,并对其结构信息和发光性能进行了系统的研究。四方相的SGGO:Nd属于P421m(113)的空间群,Nd占据了晶格中八配位的Sr位点。通过微波处理和阳离子取代,大大减小了样品的凝胶化时间和热处理温度,得到粒径在220 nm左右的亚微米晶体。其具有丰富的激发光谱,激发峰范围能从350 nm覆盖到850nm,在蓝光或者NIR光激发下可产生1331、1056和905 nm的多波段NIR荧光发射,内部QYs=13.3%。通过优化Nd离子的掺杂比例,获得了最大的荧光发射强度。然后用一种商用芯片制作了LEDs,以验证其在NIR迷你-发光二极管(mini-LEDs)中的应用潜力。与商用的蓝光LEDs相比,我们所制备的LEDs具有良好的成像穿透性。由于合成工艺简单,具有产业化潜力。2.采用改进的热分解法合成了一种新型的Na Yb F:Tm、Gd@Ca F荧光纳米探针。选择Yb基质来增大其在980 nm激发下的吸收截面,通过掺杂Gd能将其晶体尺寸减小至25 nm左右。在980 nm激光器激发下,其能产生1470 nm荧光。通过掺杂2%Ce能使Na Yb F:2%Tm的下转换发光强度增强5.5倍。最后,通过包覆Ca F层来抑制表面缺陷引起的浓度猝灭和水淬灭效应。Na Yb F:Tm、Gd、Ce@Ca F纳米晶体是构建多功能纳米平台的有潜力的载体。

关键词：近红外二区荧光稀土掺杂无机纳米材料迷你-发光二极管生物成像交叉驰豫