摻雜鎢酸鉛晶體性能的研究及密度泛函理論計(jì)算.pdf

1、為提高鎢酸鉛(PbWO4,PWO)晶體的光學(xué)性質(zhì),晶體的制備及摻雜技術(shù)被廣泛的研究和應(yīng)用。本文系統(tǒng)分析及實(shí)踐證實(shí)了提拉法生長質(zhì)量優(yōu)良的摻雜PWO晶體的工藝,研究了摻雜后PWO晶體的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能。運(yùn)用XRD和拉曼光譜測試技術(shù),研究了Sm:PWO,Y:Zn:PWO,La:Zn:PWO和Yb:Zn:PWO晶體的結(jié)構(gòu)。在摻雜濃度范圍內(nèi)Sm3+離子先占據(jù)W6+格位,再占據(jù)Pb2+格位;Y3+離子,La3+離子和Yb3+離子占據(jù)Pb2+格位,Zn

2、2+占據(jù)間隙位置。摻雜未改變PWO晶體的結(jié)構(gòu),晶胞參數(shù)略有變化。晶體的透射和發(fā)射光譜表明,Sm3+離子摻雜后透射強(qiáng)度降低,吸收邊紅移,出現(xiàn)Sm3+離子特征吸收峰;Sm3+離子和PWO基質(zhì)的發(fā)光存在著競爭作用,其可以抑制PWO本征發(fā)光,存在濃度猝滅效應(yīng)。Y3+離子和Zn2+離子摻雜可以提高透射強(qiáng)度,隨Zn2+離子濃度的增大,透射強(qiáng)度先減小后增大,吸收邊紫移,說明Y3+離子和Zn2+離子能與晶體中的缺陷形成缺陷簇,同時(shí)存在著競爭作用;Y3+

3、離子摻入可敏化陰離子基團(tuán)的藍(lán)發(fā)光,Zn2+離子的摻雜也有相同的作用。對(duì)La:Zn:PWO和Yb:Zn:PWO晶體的研究結(jié)果表明,摻雜后晶體中的VPb″和VO··減少,吸收邊向短波方向移動(dòng),摻雜劑La3+離子對(duì)VPb″的補(bǔ)償能力強(qiáng),Yb3+離子對(duì)VPb″的束縛能力弱;Yb元素的價(jià)態(tài)變化影響透射性能;Yb:Zn:PWO晶體異常強(qiáng)的發(fā)光性能,除Yb3+離子如La3+離子影響Pb2+對(duì)(WO4)2-基團(tuán)的擾動(dòng)作用外,與Yb3+離子的4f13殼層

4、有關(guān)。對(duì)Y:Zn:PWO晶體的密度泛函理論計(jì)算表明:摻雜PWO晶體結(jié)構(gòu)優(yōu)化后,晶格參數(shù)和體積均變小;晶體的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度圖可知,摻雜劑Zn2+離子不僅可以平衡晶體中過剩的電荷,還與O原子成鍵,而Y3+離子僅僅平衡電荷;導(dǎo)帶與價(jià)帶間的能帶差高于純PWO晶體的能量差,電子躍遷的能量增大,與Y:Zn:PWO晶體透射光譜中吸收邊向短波方向移動(dòng)對(duì)應(yīng)。通過理論計(jì)算,可以清晰的了解摻雜劑的作用機(jī)理,不同摻雜劑的加入影響不同,相同摻雜劑不同濃度的摻雜