稀土離子摻雜釔鋁石榴石晶體的制備及其光學性能研究.pdf

1、以Y2O3、Al2O3、CeO2和Sm2O3等納米粉末為原料，采用固相反應法制備了不同濃度摻雜的(Ce，Sm)∶YAG陶瓷料棒，研究了不同燒結工藝對YAG陶瓷料棒致密度的影響。采用光學浮區(qū)法，生長出不同摻雜濃度的(Ce，Sm)∶YAG熒光晶體。以XRD、SEM等手段表征其微觀結構;用紫外-可見光分光光度計測試了(Ce，Sm)∶YAG晶體的吸收光譜和光學透過率;用光致發(fā)光光譜儀(PL)測試了其熒光光譜，研究了制備工藝和摻雜濃度對(Ce，S

2、m)∶YAG晶體光學性能的影響。得到以下主要實驗結果:
　　(1)采用固相反應法，1450℃燒結10小時得到了致密度為90.32％的不同濃度摻雜的(Ce，Sm)∶YAG陶瓷料棒。
　　(2)DSC和XRD測試結果表明，YAG是由Y2O3和Al2O3經(jīng)擴散反應形成的化合物:在1200℃形成YAM相，在1300℃形成YAP相，在1450℃形成YAG相。Ce、Sm離子的摻入沒有改變YAG的晶格結構。
　　(3)與YAM和YA

3、P相比，固相反應法燒結的Ce含量為1at.％的Ce∶YAG熒光粉在1450℃具有較強的熒光強度。
　　(4)以固相反應法燒結的致密陶瓷料棒為原料，采用光學浮區(qū)法生長了Sm含量為1.0at.％的Sm∶YAG晶體，Ce含量為0.2at.％至5.0at.％的Ce∶YAG晶體，Sm和Ce共摻的(Sm，Ce)∶YAG晶體（其中Ce離子濃度為1at.％，Sm離子濃度分別為0.5at.％、1.0at.％和2.0at.％）。XRD譜圖表明，光學浮

4、區(qū)法生長的(Ce，Sm)∶YAG晶體完全形成了YAG相，衍射峰尖銳，半峰寬窄，晶體的光學均勻性較好，晶體質量較高。
　　(5)Ce∶YAG晶體的光學透過率及吸收光譜結果表明，光學浮區(qū)法生長的Ce∶YAG晶體的光學均勻性較好，在500-800nm波長區(qū)間，其平均透過率為90％-93％;在波長為337.5nm和458nm處出現(xiàn)吸收峰，對應于Ce3+離子4f→5d的躍遷;隨著Ce離子摻雜濃度的升高，Ce∶YAG晶體的吸收峰強度和吸收系數(shù)

5、增加，在Ce離子濃度為2at.％時達到峰值，當Ce離子濃度為5at.％時略微下降，這可能是因為Ce3+在YAG中的固溶度為2at.％。
　　(6)不同Ce含量的Ce∶YAG晶體熒光光譜表現(xiàn)為寬的熒光發(fā)射峰，峰值波長在525-529nm，Ce含量為1at.％時，晶體熒光強度較強;隨著Ce離子濃度的進一步提高，因熒光淬滅效應導致熒光強度下降;同時由于晶體無序度增加，導致Ce∶YAG熒光峰紅移。
　　(7)光學浮區(qū)法生長的Sm∶Y

6、AG晶體熒光峰主要分布在568nm、618nm和652nm三個波段，分別對應于Sm3+離子的4G5/2→6H5/24G5/2→6H7/2、4G5/2→6H9/2躍遷，其中618nm處具有較強的熒光發(fā)射峰。
　　(8)(Sm，Ce)∶YAG晶體熒光光譜呈現(xiàn)出Ce∶YAG晶體的寬發(fā)射峰，峰值波長在524nm-530nm之間，同時由于Ce3+離子和Sm3+離子間能量傳遞，出現(xiàn)了568nm、573nm和619nm紅光發(fā)射峰，其中568 n