Tb<sup>3+</sup>离子掺杂CaF<sub>2</sub>晶体的生长和发光性能

刘坚; 王无敌; 宋青松; 董建树; 薛艳艳; 王庆国; 徐晓东; 苏良碧; 徐军

doi:10.37188/CJL.20220229

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Tb³⁺离子掺杂CaF₂晶体的生长和发光性能

特邀报告 | 更新时间：2022-12-08

- Tb³⁺离子掺杂CaF₂晶体的生长和发光性能
  增强出版
- Growth and Luminescence Properties of Tb³⁺ Ions Doped CaF₂ Crystals
- 发光学报 2022年43卷第11期页码：1750-1757
- 作者机构：
  
  1.同济大学物理科学与工程学院，高等研究院，上海　200092
  2.江苏师范大学物理电子与工程学院江苏省先进激光材料与器件重点实验室，江苏徐州　221116
  3.中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室，上海　201899
- 作者简介：
  
  [ "刘坚（1990-），男，湖南岳阳人，博士研究生，2016年于同济大学获得硕士学位，主要从事激光晶体的研究。 E-mail： 1910102@tongji.edu.cn" ]
  [ "徐军（1965-），男，江苏泰兴人，博士，特聘研究员，博士生导师，1996年于中国科学院上海光学精密机械研究所获得博士学位，主要从事激光晶体、蓝宝石晶体等的研究。" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(61621001;62075166)
- DOI：10.37188/CJL.20220229
  中图分类号：
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刘坚, 王无敌, 宋青松, 等. Tb³⁺离子掺杂CaF₂晶体的生长和发光性能[J]. 发光学报, 2022,43(11):1750-1757.

LIU Jian, WANG Wu-di, SONG Qing-song, et al. Growth and Luminescence Properties of Tb³⁺ Ions Doped CaF₂ Crystals[J]. Chinese Journal of Luminescence, 2022,43(11):1750-1757.
刘坚, 王无敌, 宋青松, 等. Tb³⁺离子掺杂CaF₂晶体的生长和发光性能[J]. 发光学报, 2022,43(11):1750-1757. DOI： 10.37188/CJL.20220229.

LIU Jian, WANG Wu-di, SONG Qing-song, et al. Growth and Luminescence Properties of Tb³⁺ Ions Doped CaF₂ Crystals[J]. Chinese Journal of Luminescence, 2022,43(11):1750-1757. DOI： 10.37188/CJL.20220229.

摘要

使用温梯法生长了10%Tb，,x,%Y∶CaF,2,（,x, = 0，3，5，10）系列晶体。通过X射线衍射分析了晶体结构，结果表明高浓度的稀土离子掺杂使得晶胞参数增大，但是仍然保持CaF,2,的萤石立方结构。采用吸收光谱、发射光谱及荧光衰减曲线等测试数据对其发光性能进行了研究。通过J⁃O理论计算，共掺Y,3+,离子后，光谱品质因子,Ω,4,/,Ω,6,由0.75增加到0.80。F‑L公式计算得到10%Tb∶CaF,2,绿光545 nm处和黄光583 nm处的发射截面分别为0.89×10,-21, cm,2,和0.082×10,-21, cm,2,，10%Tb，10%Y∶CaF,2,在绿光545 nm处和黄光583 nm处的发射截面分别为0.89×10,-21, cm,2,和0.077×10,-21, cm,2,。并且Tb,3+,离子,5,D,4,能级的荧光寿命都在5 ms以上，并不存在高浓度掺杂导致的荧光寿命降低现象，长荧光寿命意味着Tb,3+,离子绝佳的储能能力。实验结果表明，Tb∶CaF,2,及Tb，Y∶CaF,2,晶体是有极大潜力实现可见激光输出的激光增益介质。

Abstract

A series of 10%Tb∶,x,%Y∶CaF,2,（,x, = 0， 3， 5， 10） crystals have been successfully grown by the temperature gradient technique（TGT）. The crystal structure was analyzed by X-ray diffraction， and the results showed that the high concentration of rare earth ion doping increased the unit cell parameters， but still maintained the fluorite cubic structure of CaF,2,. The absorption spectra， fluorescence spectra， and fluorescence decay curves were measured and analyzed at room temperature. By co-doping Y,3+, ions， the spectral quality factor ,Ω,4,/,Ω,6 ,increased from 0.75 to 0.80. Using F-L formula， the emission cross sections of 10%Tb∶CaF,2 ,were calculated to be 0.89×10,-21, cm,2, and 0.082×10,-21, cm,2, for the 545 nm and 587 nm， respectively， and the emission cross sections of 10% Tb，10%Y∶CaF,2 ,were calculated to be 0.89×10,-21, cm,2, and 0.077×10,-21, cm,2, for the 545 nm and 587 nm. The fluorescence lifetime of ,5,D,4, level is more than 5 ms， and there is no fluorescence lifetime quenching phenomenon caused by high concentration doping. The long fluorescence lifetime means that Tb,3+ ,ion has excellent energy storage capacity. The experimental results show that Tb∶CaF,2, and Tb，Y∶CaF,2, crystals are gain mediums with great potential to realize visible laser output.

关键词

Tb∶CaF2可见激光光谱性能J-O 理论

Keywords

Tb∶CaF2visible laserspectral propertiesJ-O theory

references

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