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PLZT具有较低的声子能量以及较高的折射率,可提高上转换发光效率,同时它有较大的电光系数,是一种新型的电光陶瓷,在光开关、光调制器和光滤波器等光学器件上已广泛应用。上转换发光在全固态紧凑型激光器件(紫、蓝、绿光波段)、三维立体显示、光纤放大器、防伪领域、红外量子计数器、温度探测器、生物分子荧光探针、光学存储等领域都有很好的应用前景。因此,本论文运用Fortran语言自主编程,利用Monte Carlo(MC)方法,结合Forster和Dexter能量传递理论从微观方面对Er3+掺杂PLZT电光陶瓷的上转换过程进行MC模拟,结合宏观的速率方程来分析了不同泵浦条件下Er3+掺杂PLZT电光陶瓷的上转换特性及上转换发光的温度特性。本论文的研究成果为稀土掺杂PLZT电光陶瓷应用于上转换器件、激光放大器件、多功能器件等提供有益的理论依据,对研制新型掺杂PLZT器件有一定的参考价值。
绪论部分,首先介绍了上转换发光的研究进展、应用、影响因素;其次简述了Monte Carlo方法在上转换中的研究进展。最后,综述了PLZT电光陶瓷的基本特性、应用和研究进展。
第一章,先介绍了上转换发光的机制,从宏观和微观两方面分析了1480nm激发下Er3+离子之间的上转换过程和能量迁移过程。阐述了Er3+掺杂PLZT上转换特性的蒙特卡罗模拟方法。通过MC模拟研究了1480nm激发下Er3+掺杂PLZT电光陶瓷的上转换特性,分析了上转换系数与Er3+离子掺杂浓度、迁移速率、泵浦速率之间的关系及上转换过程对1550nm荧光的影响。研究表明:Er3+掺杂PLZT的上转换系数随着Er3+离子浓度的增大而增大,并且随着Er3+掺杂浓度的增加,能量迁移过程加速了上转换过程的发生。Cup在高迁移和高泵浦情况下,出现了饱和效应,说明离子之间的运动存在着运动极限。同时,上转换系数随着泵浦速率的增大而增大。在高浓度和高泵浦时,上转换过程中的ETU对1480nm泵浦条件下产生的1 550nm荧光的影响比较大,上转换过程对1550nm荧光有一定的抑制作用,降低了1550nm的荧光强度。
第二章,研究了980nm激发下Er3+掺杂PLZT电光陶瓷的上转换发光特性,利用Monte Carlo方法,结合Dexter-Forster能量传递理论和速率方程,模拟得到了4I11/2→4-4I11/2→4I15/2+4F7/2和4I13/2+4I13/2→4I15/2+4I9/2的上转换系数与Er3+离子浓度、迁移速率的关系以及980nm激发下上转换过程中的ETU对1550nm荧光光强的影响。研究表明:Er3+掺杂PLZT电光陶瓷中,Er3+离子浓度对C33影响比较大,并且C33和C22均随着浓度的增大而增大。当迁移半径比较大时,迁移过程开始对两个上转换过程均起加速作用。与1480nm泵浦相比,980nm是Er3+掺杂PLZT电光陶瓷较佳的泵浦波长,980nm泵浦下的1550nm荧光强度较强。
第三章,用Monte Carlo方法研究了不同波长泵浦下Er3+掺杂PLZT电光陶瓷上转换发光的温度特性。当泵浦波长为1480nm时,上转换系数随着温度的升高而下降。当泵浦波长为980nm时,C22随着温度的升高逐渐降低,而C33则随着温度的升高先下降而后又逐渐升高。
最后,总结了本论文所做的工作及其研究意义,列举了下一步有待开展的工作。