YbHoLiNbO单晶论文YbHoLiNbO单晶生长及上转换发光性能研究报告

1、个人资料整理 仅限学习使用Yb:Ho:LiNbO3 单晶论文：Yb:Ho:LiNbO_3 单晶的生长及上转换发光性能研究【中文摘要】采用提拉法生长出了一系列不同Y b3+vO.5,1.5,2.0,2.5,3.0 mol%）摩尔掺杂浓度的 Yb: Ho: LiNbO3 单晶,其中 Ho3+掺杂浓度固定为 0.1 mol%。生长的晶体无宏观缺陷，有 较好的光学均匀性。在晶体生长过程中，探索了其最佳生长工艺参数 其中，轴向温梯 35-40C/cm,径向温梯要对称、均匀，提拉速度为 0.5-2.5mm/h,旋转速度为 22-26r/min,保证了生长界面的平坦，降低 了晶体组分不均匀性。X 射线衍射结

2、果显示,Yb: Ho: LiNbO3 晶体仍 然保持基质 LiNbO3 晶体本身的晶格结构，峰值的差异表明掺杂晶体 的晶格常数和晶胞体积发生了变化，而且从实验结果可以看出，掺杂 离子的进入使得晶胞的体积和未掺杂相比有所减少。晶体的紫外吸 收光谱表明，稀土离子掺杂之后晶体的吸收强度明显增大，又进一步 解释了掺杂离子在基质材料 LiNbO3中的占位规律,Yb3+和 Ho3+优先 取代的是反位 Nb 的位置,紫外吸收边先发生红移然后紫移。此外，结 合生长晶体的红外光谱的测试，观察丫b:Ho:LiNbO3 晶体样品在 3200 -3800cm?1 范围的红外吸收光谱可以看到，随着 Yb3+掺杂浓度的增

3、 加，位于 3481cm?1 的 OH 吸收峰的吸收强度降低，OH?吸收的降低有 助于晶体的声子能量的降低，从而可见光的发光效率相应提高。泵浦 光源为 980 nm 激光器激发下，在样品中分别观察到了 Yb: Ho: LiNbO3 晶体红绿上转换发光光谱，在此基础上得到了个人资料整理 仅限学习使用上转换功率曲 线，用以分析 Yb: Ho: LiNbO3 晶体上转换发光机制。功率曲线的结 果表明,绿光以及红光产生都主要是基于双光子过程，还有部分单光 子过程参与。此外，由光谱可以看出，随着丫b3+浓度从 0.5 mol%增加 到 2.0 mol%,会有 Yb3+参与敏化作用，使得红绿上转换发光的强

4、度都 得到增强。而当丫b3+浓度继续增加，由于丫b3+的之间的合作敏化作 用使得发光强度反而减弱。【英文摘要】A series of Yb: Ho: LiNbO3 si ngle crystals withdifferent丫b3+ 0.5, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0 mol%) dopingconcentrations and a constant Ho3+ 0.1mo%) concentrationwere grow n by the Czochralski method. The crystals had nomacroscopic defect and exhibit go

5、od optical properties. In the process ofcrystal growth, temperature gradie nt is 3540C/cm, pulli ng speed is0.5-2.5mm/h and rotat ing speed is 22-26r/m in. These optimumparameters were selected to main tai n the flat growth in terface, and theheteroge neity comp onent is decreased.The results of X-r

6、ay diffracti onin dicated that there is no additi onal peaks appeared in Yb: Ho: LiNbO3sin gle crystals. All these crystals are a si ngle phase of LiNbO3 withtrigonal structure. Comparing with the sta ndard card of lithium ni obate,the diffee ncees betwee n doped crystals and sta nded LiNbO3 crystal

7、showed that the lattice and cell volumes was changed slightly as a resultof the differe nt ionic radius betwee n doped and replaced ions. The cell个人资料整理 仅限学习使用volumes of doped LiNbO3 were decreased, which might be attributed tothe exsisted impurities of LiNbO3 crystals result ing from the dop ing io

8、nsof Yb3+ or Ho3+. UV-visible absorptio n spectras show that the absorption of these doped crystals, compared with pure LiNbO3 crystal, i nten sityin creases. So that the occupy ing mecha nism of the dopa nts was found.Ho3+ and Yb3+ prefers to occupy the sites of NbLi4+. The UV absorptionedge shift

9、to red and the n to blue. Besides, comb ined with the IRabsorpti on spectra, The IR absorptio n spectras of theYb:Ho:LiNbO3 in the wave number range of 3200- 3800 cm?1show that as the concen trati on of Yb3+ in creases, the OH? absorpti ondecreases. The reducti on inten sity of OH- absorpti on peaks

10、 in dicatesthat the decrease of the phonon en ergy and hence results in the increase of the luminous efficie ncy in creased.U nder 980 nm excitati on,gree n and red emissi on bands are observed in these samples,respectively.The up-c onversion spectroscopies of Yb: Ho: LiNbO3 crystals weretested to o

11、bta in the power-upc onversion curves which were used to analyze the up-c onversion mecha ni sm. Accord ing to the experime ntalresults, Power depe ndence results in dicate a dominnent two-phot onpopulati on process of the emitt ing levels. In additi on, the inten sity of thered and gree n upc onver

12、sion fluoresce nee emissi ons in crease withYb3+ concen trati ons of 0-2.0 mol% due to an in creased Yb3+个人资料整理 仅限学习使用sensitization, but decrease attribute to cooperative sen sitizati on between two Yb3+.【关键词】Yb:Ho:LiNbO3 单晶掺杂离子上转换发光上转换 机制【英文关键词】Y b:Ho:LiNbO3 crystaldoped ionsup-c onversionup-c onve

13、rsion mecha nism【目录】Yb:Ho:LiNbO_3 单晶的生长及上转换发光性能研究摘要 4-5ABSTRACT第 1 章 绪论 9-211.1 上转换发光的研究进展 9-151.1.1 上转换发光 91.1.2 上转换发光机理 9131.1.3 上转换发光基质材料的研究 13-141.1.4 上转换发光技术的应用 14-151.2 铌酸锂晶体的研究 15-181.2.1 铌酸锂晶体的晶格结构 15-161.2.2 铌酸锂晶体的缺陷 16-171.2.3铌酸锂晶体的主要性质 17-181.3 国内外研究现状 18-191.4本课题研究的目的及意义19-201.5 课题研究主要内容

14、 20-21第 2 章 实验材料及研究方法 21-252.1 实验药品与仪器 21-222.1.1 主要化学试剂 212.1.2 实验仪器 21-222.2 晶体生长方法 222.3 样品性能测试 22-242.3.1 XRD 测试 22-232.3.2 紫外-可见吸收光谱测试 232.3.3 红外光谱测试23234 上转换光谱及功率曲线测试23-242.4 掺杂铌酸锂个人资料整理 仅限学习使用单晶生长及研究过程 24-25 第 3 章 掺杂铌酸锂晶体的生长及加 工 25-353.1 晶体生长设备 25-263.2 晶体生长的前期准备工作 26-273.2.1 实验原料及配比 26 3.2.2

15、 原料预烧结过程26-273.3 晶体最佳生长条件的选择27-303.3.1 温场的确定283.3.2 晶体提拉速度的确定 28-293.3.3 晶体旋转速度的确定 29-303.4 晶体生长过程 30-323.4.1 原料熔化303.4.2 引晶 30-313.4.3 放肩 313.4.4 收肩313.4.5 等径生长 313.4.6 拉脱 31-323.4.7 退火323.5 晶体的加工和后期处理过程32-333.5.1 晶体的极化32-333.5.2 晶体的加工 333.6 本章小结 33-35 第 4 章镱钦双掺铌酸锂晶体缺陷结构分析35-454.1 镱钦铌酸锂晶体XRD 测试分析 3

16、5-384.1.1 X-射线衍射基本原理 35-364.1.2X-射线衍射测试结果及分析36-384.2 镱钦铌酸锂晶体紫外-可见吸收光谱 38-414.2.1 紫外吸收边移动机理 38-394.2.2 紫外-可见吸收光谱测试结果及分析39-414.3 镱钦铌酸锂晶体红外光谱分析 41-444.3.1 OH-吸收峰移动机理研究42-434.3.2红外光谱测试结果及分析 43-44 4.4 本章小结 44-45 第 5 章 镱钦双掺铌酸锂晶体上转换发光性能 45-57 5.1 镱钦铌酸锂单晶体系上转换荧光发射谱 45-485.1.1 稀土离子 Yb(3+和H0(3+上转换发光能级特性 45-465.1.2 上转换稳态发射谱46-485.2 镱钦