稀土離子以其特有的電子結(jié)構(gòu)和發(fā)光特性被廣泛應(yīng)用于各種發(fā)光材料。稀土離子的發(fā)光主要是通過其內(nèi)部4f電子在不同能級之間躍遷產(chǎn)生,具有熒光特性好、發(fā)光色度純、物化性質(zhì)穩(wěn)定、能量轉(zhuǎn)換效率高等特點,因此被廣泛應(yīng)用于激光光源、光纖通訊、彩色顯示、醫(yī)學(xué)成像、生物標(biāo)簽等領(lǐng)域。在稀土離子摻雜材料發(fā)光性能的研究中,大多數(shù)工作采用連續(xù)激光作為激發(fā)光源。隨著超短脈沖激光技術(shù)的發(fā)展,飛秒激光脈沖逐步成為新的激發(fā)光源。飛秒激光具有脈沖時間短、峰值功率高和光譜范圍寬等優(yōu)點,作為稀土離子摻雜發(fā)光材料的激發(fā)光源具有獨特的優(yōu)勢。本論文主要研究通過調(diào)制飛秒激光的偏振、相位等參數(shù),來控制摻雜稀土離子的吸收激發(fā)、離子間能量轉(zhuǎn)移等影響其發(fā)光性能的物理過程,從而實現(xiàn)對材料發(fā)光強(qiáng)度的調(diào)控和發(fā)光色彩的調(diào)諧。主要的研究工作如下:1、研究了在中等強(qiáng)度800nm飛秒激光場激發(fā)下,激光偏振對摻雜Sm³⁺玻璃樣品上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度的影響。研究表明,激光偏振對發(fā)光強(qiáng)度的調(diào)制效率隨著激光功率的增加而逐漸降低。我們利用基于四階微擾理論的多光子吸收模型進(jìn)行了相應(yīng)的理論計算。計算結(jié)果表明,隨著激光功率的增加,雙光子吸收激發(fā)路徑與四光子吸... 

【文章來源】：華東師范大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：128 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

稀土離子能級圖[7]

第一章緒論3目前，各類稀土離子在晶體中的能級結(jié)構(gòu)已被大量測定，并歸納匯總于圖1.1中。能級信息能夠為所測發(fā)光峰對應(yīng)的躍遷過程的分析提供便利，為后續(xù)工作提供參考與指導(dǎo)。圖1.2中標(biāo)出了紫外到近紅外光譜區(qū)域所對應(yīng)的稀土離子主要上轉(zhuǎn)換發(fā)光峰分布圖，并標(biāo)注了相應(yīng)的離子種類與能級躍遷信息。由此可見，雖然4f組態(tài)中形成了眾多能級，但是每種稀土離子只有部分能級躍遷過程可以實現(xiàn)有效發(fā)光。強(qiáng)度較大的幾個特征發(fā)光峰的波長位置構(gòu)成了每種稀土元素的獨特標(biāo)簽。圖1.2紫外到近紅外區(qū)域典型的稀土離子發(fā)光峰[8]。1.2.2稀土離子的發(fā)光機(jī)制按照激發(fā)光子與釋放光子能量的大小關(guān)系，可以將稀土離子的發(fā)光方式分為三類：下轉(zhuǎn)移發(fā)光過程、量子裁剪過程，以及最為常見的上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程[9]，如圖1.3所示。在下轉(zhuǎn)移發(fā)光過程中，位于基態(tài)E0的稀土離子被泵浦到較高激發(fā)態(tài)E2，然后通過無輻射弛豫到較低激發(fā)態(tài)E1，回到基態(tài)、釋放出熒光。在這個過程中激發(fā)光子能量大于發(fā)射光子能量。圖1.3(b)中的量子裁剪過程是一種特殊的下轉(zhuǎn)移發(fā)光過程，離子吸收一個光子，并輻射出兩個或多個低能光子。它需要上能級E2的粒子布居數(shù)較大，輻射低能光子對應(yīng)的上能級離子濃度也相對較大。此過程的量子效率超過100%，因此在太陽能電池中具有較大的應(yīng)用前景[10]。

第一章緒論4圖1.3稀土離子發(fā)光方式：(a)下轉(zhuǎn)移過程，(b)量子裁剪，(c)上轉(zhuǎn)換過程。圖1.4稀土摻雜材料中最為典型的五種上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)制：(a)激發(fā)態(tài)吸收，(b)能量轉(zhuǎn)移上轉(zhuǎn)換，(c)光子雪崩，(d)合作上轉(zhuǎn)換發(fā)光，(e)能量遷移上轉(zhuǎn)換。上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程指的是將兩個或多個低能光子轉(zhuǎn)換成一個高能光子的非線性光學(xué)過程，其中上轉(zhuǎn)換指的是頻率或能量，該過程是稀土離子發(fā)光的主要過程。因此，實驗中通常使用光子能量較低的980nm或808nm波長的連續(xù)激光激發(fā)稀土離子摻雜材料，以實現(xiàn)從近紅外光到可見光、紫外光的轉(zhuǎn)換。上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程的主要發(fā)光機(jī)制包括以下五種，如圖1.4所示：(a)激發(fā)態(tài)吸收(ESA)：激發(fā)的形式是單個粒子對泵浦光子的連續(xù)吸收。處于基態(tài)的離子被泵浦到激發(fā)態(tài)。為確保處于激發(fā)態(tài)的離子能夠吸收光子，躍遷到更高的激發(fā)態(tài)，就需要中間能級相對穩(wěn)定，并且擁有足夠的粒子布居數(shù)。增強(qiáng)ESA

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Controlling multiphoton excited energy transfer from Tm3+ to Yb3+ ions by a phase-shaped femtosecond laser field[J]. YE ZHENG,LIANZHONG DENG,JIANPING LI,TIANQING JIA,JIANRONG QIU,ZHENRONG SUN,SHIAN ZHANG.  Photonics Research. 2019(04)
[2]Up-conversion luminescence polarization control in Er3+-doped NaYF4 nanocrystals[J]. 張暉,姚云華,張詩按,盧晨暉,孫真榮.  Chinese Physics B. 2016(02)
[3]飛秒激光脈沖整形技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 姚云華,盧晨暉,徐淑武,丁晶新,賈天卿,張詩按,孫真榮.  物理學(xué)報. 2014(18)
[4]用SPIDER法測量飛秒激光脈沖的光譜相位[J]. 王鵬,王兆華,魏志義,鄭加安,孫敬華,張杰.  物理學(xué)報. 2004(09)



本文編號：3271001