銩離子摻雜氧化鋯納米晶光子雪崩與雙穩(wěn)輻射特性研究.pdf

1、稀土離子Tm摻雜納米材料在可見藍光波段具有高效的上轉換輻射，因而在全固態(tài)藍光激光器、高密度光信息存儲以及多功能光學顯示等方面具有重要的潛在應用價值。本論文實驗研究了Tm離子摻雜ZrO2納米晶材料的光子雪崩發(fā)光動力學，以及Yb離子敏化Tm：ZrO2納米晶上轉換輻射的本征光學雙穩(wěn)特性，理論分析了光子雪崩發(fā)光和上轉換輻射本征雙穩(wěn)的具體物理機理。
　　 采用燃燒法制備了不同摻雜濃度的Tm：ZrO2納米晶材料，詳細表征了納米晶樣品的成分、

2、形貌、尺寸和晶相結構等。采用653 nm雪崩波長激光作為激發(fā)源，獲得了高效的475 nm藍光上轉換和830 nm近紅外下轉換輻射光譜。研究了室溫環(huán)境下Tm：ZrO2納米晶的光子雪崩穩(wěn)態(tài)發(fā)光特性和瞬態(tài)激發(fā)動力學響應，實驗上觀察到了光子雪崩顯著的閾值發(fā)光行為和臨界慢化現(xiàn)象。詳細分析了Tm：ZrO2納米晶的發(fā)光閾值和雪崩閾值，以及發(fā)光效率等對Tm離子摻雜濃度的依賴，給出了優(yōu)化摻雜濃度。實驗獲得了毫瓦量級以下的超低閾值光子雪崩發(fā)光，分析了Tm：

3、ZrO2納米晶材料所具有的優(yōu)良的光子雪崩發(fā)光性能。
　　 采用速率方程理論建立了Tm離子摻雜體系在653 nm激光激發(fā)下的光子雪崩物理模型，數(shù)值模擬了Tm離子基態(tài)與激發(fā)態(tài)能級布居數(shù)的穩(wěn)態(tài)抽運動力學和激發(fā)光的非線性反飽和吸收行為，分析了主要物理參數(shù)對光子雪崩閾值和發(fā)光強度的影響。數(shù)值模擬了653 nm方波脈沖激發(fā)下Tm離子布居數(shù)的瞬態(tài)時間演化動力學，分析了光子雪崩的臨界慢化現(xiàn)象。通過與實驗結果相比較，理論模型很好地預見了Tm：Zr

4、O2納米晶光子雪崩發(fā)光的穩(wěn)態(tài)特性和瞬態(tài)時間響應，合理地解釋了其微觀物理過程。
　　 采用燃燒法制備了2 mol％低濃度和10 mol％高濃度Yb離子摻雜的Tm：ZrO2納米晶樣品，通過X射線衍射儀、掃描電鏡和透射電鏡分別表征了相應的晶相結構和顆粒形貌，分析了摻雜濃度對晶相結構的影響。在室溫環(huán)境下，采用973 nm二極管激光器作為激發(fā)源，實驗測量了可見與近紅外上轉換發(fā)光光譜，分析了不同Yb離子摻雜濃度下所對應的敏化能量傳遞上轉換機