（光学专业论文）nd：ky（wo4）2、nd：kgd（wo4）2激光晶体的光谱性能研究比较.pdf

福建师范大学学位论文使用授权声明 本人( 姓名) 宝直豆垫学号2 丝鱼笪皇 专业 逍l 重 所呈交的论文( 论文 题目：h 文：k y ( w o 工、似：i = 】，以，g ，p ，删ziu 嬲，a s l y ，z ) y 以，毋p ，= - 三。口z r 卜t ，朋c 2 名+ ， ( 二一。二力疆：二： c ，i i c ( 1 i l ，) 彤p ( 以， j 歹t ) 可以是s l 耦合的本征态i ，口慰，以) ，也可以是中间耦合的态 9 福建师范大学理学硕士学位论文 j ：) = 观i i 口盟y 。 上式叫j o 公式。它把对初始态和末态之间求电偶极矩阵元的问题转化为相应的零 级近似态之间求张量算符矩阵元的问题。 推导中假设使相反宇称的组态混杂的原因是非中心对称晶体场展开式中的奇晶体场 项。如果晶体场具有中心对称，奇晶体场项为0 ，离子周围晶格的具有奇宇称的振动仍然 可以使不同宇称向组态混杂。 2 2 2 三参量j o 公式 稀土离子掺入晶体中，量子数j 仍然是个较好的量子数，属于同一j 值的斯塔克能级 靠得很近形成一个j 簇能级。两个j 簇能级之间的跃迁谱线( 精细结构) 往往分辨不开； 分辨不开的吸收线( 或发射线) 是各个成分的锐线之和。尤其是在研究两个j 簇能级之间 的总跃迁时，需要对j 簇的所有分量缈，i 和，簇的所有分量。r ) 取和。假定始态能级的 互哆酬2 彰丑萎则厂i - 旷删2 彰 其中 卟m 州荟燃2 c ：私l c ( ，) i i f 比i i | ) | l 掣掣像5 ， 么柳为晶体展开式中的几何因子。由于无法准确计算q _ ，q z 作为参数由实验确定。 ( 2 5 ) 式叫三参量公式。q ：、q 。、q 。叫强度参量，是晶体场消除禁戒作用的参数，它 决定于离子本身与晶体场的性质，与j 无关，即与具体的跃迁能级无关。 只要从实验上确定了强度参数q ：、q 。、q 。，就可以计算出材料的许多重要发光参数， 可以由吸收光谱确定强度参数。 首先测量吸收光谱，分光光度计一般按波长或波数线性扫描纵坐标给出光密度o d ( 入) ( 或o d ( u ) ) 。共有若干个谱带，每一个吸收带的面积代表积分光密度。按照下列 。 o do d d r = = l o g e 0 4 3 吸收飙 箍( 2 - 6 ) 1 0 福建师范大学理学硕士学位论文 其中为6 样品的厚度，找出每一个吸收谱带的积分面积，从而得剑每一个谱带的秋分 吸收系数卜( 兄) ，找出每一个谱带对应的，。初态为基态j 。利用下面的公式求出每一个 吸收谱带的实验谱线强度。 j 砌m = m 警竽丽1 幽 沼7 ) 或卜c 吵= m 警竽赤儿 或如肛m 警筹赤幽 等式左边的五、y 、d 分别为波长、频率和波数，而右边的万、石、云为该波带的平均 波长、平均频率和平均波数。m 为粒子数，即掺杂浓度，e 为电子质量，h 为谱朗克常数， c 为光速，1 1 为折射率，j 为基态的总角动量。 相应的振子强度： ，= 嘉，砌m = 器如矽y = 筹如矽u 把实验谱线强度s 和三参量公式( 2 - 5 ) 拟合，以便得出最佳q 五参量。拟合运算相 当于解下列矩阵方程。 s w 。= q ：u j + q 。u 另；+ q 。u 苗j s 胪，= q ，u 冀_ + q 。u z l + q 。u 等) s w _ = q ：吧：+ q 。嘴：+ q 。哦： 其中r l ( i = 扩 i i 厂y ) l 写成矢量形式，即s = ( 2 - 8 ) 由于u 不是方阵，左乘u + 再左乘( 【，+ u ) 1 得到 q = ( u + u ) 叫u + s 福建师范大学理学硕士学位论文 上式右边已知，可求出q 工 磁偶极跃迁的振子强度和谱线强度： fmd=玩8万万21nc谚umd3 h ( 2 j1 ) e 挖s 朋d = 一，2 、 + 2 朋d s t u d - - ( 羔) 2 ( ”2 缈+ ) 2 电偶极跃迁的振子强度和谱线强度： 2 ) 2 s 硪 彰，委 q 2 ( n d ：k g w ) q ：值反映n d ”离子与周围基质之 间有较强的离子键存在，周围环境有相对较好的对称性1 8 1 ，所以n d ：k y w 有较好的对称 性。 3 3 偏振吸收光谱研究 3 3 1 偏振吸收光谱 在室温下用p e r k i nl a m b d a9 5 0u v v i s - n i r 分光光度计测试偏振吸收光谱。偏 振测试方案订：种，一种足将象浦光经偏振系统后，成为偏振和偏振后泵浦品体；另一 种是泵浦光崮接泵浦晶体后，将出射光进行偏振，前者测试的光谱强度是后者的两倍， 本文选择第种测试方案。泵浦光经偏振系统后成为电矢量e c 轴( 偏振) 和e 上c 轴(，c 轴为晶体的光轴，得到吸l l 殳光谱图如3 3 、3 4 b 轴 = 二二 图3 - 3n d ：k y w 晶体的偏振吸收光谱 f i g 3 - 3t h ep o l a r i z e da b s o r p t i o ns p e c t r ao f n d ：k y wc r y s t a l s 1 7 图3 - 4n d ：k g w 晶体的偏振吸收光谱 f i g 3 - 4 t h ep o l a r i z e da b s o r p t i o ns p e c t r ao f n d ：k y wc r y s t a l s 3 3 2 偏振光谱分析比较 n d ：k y w 、n d ：k g w 都呈现出偏振性，特别是在8 6 0 - - - 9 3 0 n m 波段，n d ：k g w 的偏 振更加明显。 由j o 公式( 2 6 ) 一( 2 7 ) 拟合晶场强度参数见表3 2 表3 - 2n d ：k y w 、n d ：k g w 晶体的晶场强度参数 t a b l e 3 2 i n t e n s i t yp a r a m e t e r o f n d ：k y w 、n d ：k g w c r y s t a l s 一 晶体偏振方向 0 2 1 1 0 。2 0 c m 2q 4 l o 。2 0 c m 2q 6 _ 1 0 2 0 c m 2x = & v 瓯 从上表看到n d ：k y w 、n d ：k g w 晶体的偏振和o 偏振的q 九( 扣2 、4 、6 ) 值有明 显的差异，尤其是q4 ，其次是q6 ，它们决定着4 f 3 2 能级产生的荧光。 对n d ：k y w ，q 4 、q6 值在丌偏振和。偏振相差很小，因q6 主要是由稀土离子的 轨道半径作用积分 决定【9 l ，不同的偏振方向其值是相同的；而q2 与晶体的共价 性有关，偏振方向对它没有影响。n d ：k g w 与n d ：k y w 有相同的结构，q 2 、q6 在两 偏振方向大小相差极小。4 f 3 2