利用电注入着色技术,首次对含氧天然萤石晶体电注入着色,在着色晶体中产生多种色心。对着色晶体进行系统光谱测量和分析,提出色心产生和转化机理。借助测得的电流^时间曲线,对色心产生过程和机理进行更进一步解释。在电注入前,含氧天然萤石晶体中就存在大量O^2- -V_a⁺、O^2- -V_a⁺聚集心和Yb²⁺、Sm²⁺、Ce³⁺等杂质。经点阴极电注入后,这些聚集心和杂质没有消失,又产生了间隙位中性F原子、自陷电子间隙Ca²⁺离子、自陷空穴Ca²⁺离子空位和F、F2色心。通过观测和分析电注入前、后的吸收谱,发现吸收谱中都含有O^2- -V_a⁺和O^2- -V_a⁺聚集色心强吸收带,说明这些聚集色心未被晶体所含Yb²⁺,Ce³⁺和Sm²⁺杂质离子中和。这些未被中和的O^2- -V_a⁺和O^2- -V_a⁺聚集色心阻碍第二碱土阴极形成,从而导致F色心不能直接产生。本实验装置中具有独特的石墨颗粒阳极阵列。此阵列使得V色心首先在阳极附近晶体内产生,经吸收光子后转化为F色心,而F色心进一步聚集产生F2色心。在进行电注入时,记录电流和时间数据,并据此绘制出电流^时间关系曲线。各区域电流皆由离子运动和卤离子与阳极阵列交换电子构成。给出电流^时间曲线上电流区域形成机理和色心产生与电流区域形成的密切关系。通过多次实验总结得出,在电注入温度813 K、直流电压1200 V和实验时间75 min条件下对含氧天然萤石晶体进行电注入,其着色最有效。同样,在点阳极情况下,含氧天然萤石晶体经电注入后,晶体中O^2- -V_a⁺、O^2- -V_a⁺聚集心和Yb²⁺、Sm²⁺、Ce³⁺等杂质没有消失,又产生了自陷电子间隙Ca²⁺离子、间隙位中性F原子和F、F₂色心。根据着色晶体吸收光谱和电流^时间曲线特性可知,此处电流^时间曲线中各电流区域形成机理与在点阴极电注入情况下各电流区域形成机理基本相同。