稀土掺杂氟化钙纳米晶体的可控制备与发光调控研究

• 作 者: 王蕊
• 出 处: 国防科技大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 高能激光 稀土掺杂 水热法 荧光调控 Mn2+掺杂 Na~+掺杂

半导体泵浦纳米气体激光器兼具固体与气体激光器的优势,具有宽带泵浦、流动散热、全电驱动、结构紧凑等特点,有望从根本上解决在高能激光器研究中遇到的热管理难题,已成为下一代全电驱动大功率兆瓦级激光器的新方案。而稀土掺杂纳米晶体由于具有量子亏损低、吸收截面大、荧光寿命长、光学性能可人工调控等特点,有潜力成为纳米气体激光器中理想的增益介质。其中,氟化钙基质具有折射率低、散射小、透射范围宽、声子能量小等优点,是稀土掺杂纳米晶体常用的基质材料。在纳米尺度下研究稀土掺杂氟化钙纳米材料的可控制备和光学性能调控的手段,对于实现纳米气体激光器中增益介质的人为设计具有重要的意义。因此,本论文主要借助水热法制备稀土掺杂氟化钙纳米材料,探究调控其发光性能的有效手段。1.论文阐述了稀土掺杂纳米晶体作为纳米气体激光器增益介质的潜力和优势,从电子组态出发对稀土离子的光谱性质进行了总结概括,对稀土掺杂纳米晶体的研究现状进行了总结,说明了选择氟化钙作为基质材料的优点。2.作为开展纳米颗粒性质研究的基础,论文介绍了课题所采用的主要实验方法与理论基础。介绍了材料制备中使用的化学试剂与仪器设备,对制备方法中的水热法和高温热分解法的操作步骤进行了详细说明,对样品表征中常用的扫描电镜分析、能谱分析等表征手段进行了总结概括。3.通过水热法制备出了亲水性的、单分散的Mn²⁺掺杂的CaF₂:Yb³⁺/Ho³⁺微米球。论文重点对Mn²⁺离子掺杂给Yb³⁺/Ho³⁺上转换发光体系带来的调控效应进行了细致的研究。在980 nm连续激光的激发下,随着Mn²⁺掺杂浓度的提高,实验所制备的上转换荧光材料发出绿色-黄色-红色的可调上转换荧光,并且Ho³⁺的红光发射也得到了极大的增强。对Ho³⁺荧光寿命的测试以及荧光强度对功率依赖关系的测试,直接验证了所提出的Ho³⁺和Mn²⁺之间的能量传递过程。4.使用水热法、以乙二胺四乙酸（EDTA）作为螯合剂,制备出了CaF₂:Yb³⁺\Er³⁺\Na⁺上转换纳米颗粒。在980 nm连续激光的激发下,对CaF₂:Yb³⁺\Er³⁺体系中Na⁺离子掺杂带来的影响进行了研究。通过改变Na⁺掺杂浓度,调控了稀土离子周围的晶格环境,最终实现了对Er³⁺发光的增强,为提高CaF₂基质纳米材料的荧光强度提供了有效的解决方案。