YAG晶体中掺杂离子和缺陷行为的正电子湮没研究

High quality of Re:YAG (Re=Nd3+, Yb3+, Ce3+, Sm3+) laser single crystals, and (Fe,Ce):YAG, (Sm,Ce):YAG single crystals luminescent materials used for white light-emitting diode (LED) will be grown by an optical floating zone furnace. The crystal sructures, the micro-defects, the behavior of dopant ions and the hyperfine interactions of the Re: YAG single crystals will be charactered by means of the measurements of positron lifetime spectra, coincidence Doppler broadening spectra of positron annihilation radiation, EPR, Mossbauer spectra and XRD. The specific heat capacities and the thermal conductivities of the Re: YAG single crystals will be measured by a physical property measurement system (PPMS) and a simultaneous thermal analyzer. Their luminescence properties will be studied by means of absorption, emission and excitation spectra. The luminous efficiency, color rendering index and other characteristics of the LED light source used (Fe,Ce):YAG or (Sm,Ce):YAG single crystals as its luminescent materials will be analyzed by a LED test system．The influence of the defects, the 3d and 4f electrons of the dopant ions, the hyperfine interactions on the optical properties and thermal properties of the Re: YAG single crystals will be investigated so as to find a way to grow high performance of Re: YAG laser single crystals, and (Fe,Ce):YAG, (Sm,Ce):YAG single crystals luminescent materials used for white LED.

采用光学浮区炉生长高质量的Re:YAG（Re=Nd3+、Yb3+、Ce3+、Sm3+）激光晶体以及 (Fe,Ce):YAG和(Sm,Ce):YAG等白光LED荧光单晶。以符合正电子湮没辐射Doppler展宽谱、寿命谱、电子顺磁共振谱、穆斯堡尔谱和X射线衍射仪表征掺杂YAG晶体的结构、缺陷、掺杂离子行为和超精细相互作用。采用综合物性测量系统和同步热分析仪分别测量不同掺杂YAG晶体的比热和热导率等参数。通过测量掺杂YAG晶体的吸收和发射光谱研究其光谱特性；分析以(Fe,Ce):YAG或(Sm,Ce):YAG单晶为荧光材料封装的白光LED的光效和量子效率。探究微观缺陷、掺杂离子的3d电子和4f电子、超精细相互作用对掺杂YAG晶体光学性能和热学性能的影响规律，进而制备出性能优异的激光晶体和白光LED荧光晶体。

本项目以制备光学性能优异的激光晶体和白光LED荧光晶体为目的。采用光学浮区炉生长了高质量的Ce: YAG、Cr:YAG、Dy,:YAG、(Cr,Ca):YAG、(Dy,Ce):YAG、Sm:YSZ、Ho:YSZ、(Yb,Ho):YSZ等单晶体。以正电子湮没寿命谱、电子顺磁共振谱、X射线衍射仪表征了这些晶体的结构、缺陷、掺杂离子行为和超精细相互作用。采用综合物性测量系统测量样品的电磁性能。实验结果表明：Ce:YAG晶体的正电子平均寿命随Ce含量的升高而降低，含1at%Ce的Ce:YAG晶体的正电子平均寿命最小；当Ce含量高于1at%时，Ce:YAG晶体的正电子平均寿命随Ce含量的升高而升高。Ce:YAG晶体的吸收谱在456 nm具有较大的吸收系数。在波长为430 nm的光激发下，Cr:YAG晶体产生较强的黄光发射，发射峰位于529 nm. Ce含量为1at%的Ce:YAG晶体的发光强度最高。Ce:YAG晶体可用于获得黄光发射的荧光晶体。Dy:YAG晶体的吸收谱在波长为325、352、366和447nm处出现吸收峰。在波长为352nm的光激发下，Dy:YAG晶体的发射光谱出现波长分别位于470~500nm、570~590 nm和 660~685 nm的发射峰。在波长为430 nm的光激发下，Cr:YAG晶体的发射光谱发射光谱出现波长分别位于679.5nm、688nm、706.5nm和725nm等的发射峰。Sm2O3:YSZ晶体的吸收光谱在323-425nm范围内具有宽的吸收带。在404nm光激发下，Sm2O3:YSZ晶体样品的发射光谱具有四个中心波长位于571 nm、621 nm、652 nm、716 nm的宽的发射带，最强峰621nm对应于4G5/2 →6H7/2的跃迁。在448nm的激发光激发下，Ho2O3:YSZ晶体发出强烈的绿光，发射光谱由一个强的绿光553.5 nm、一个弱的红光671nm和近红外光759nm发射峰组成。该样品可用于替代传统的荧光粉且用于绿光LED。Cr: Al2O3晶体的吸收光谱在波长为261 nm、410 nm和555 nm处出现吸收峰。在波长为555 nm的光照射下，Cr: Al2O3晶体发射峰位于694 nm处，对应于2E→4A2跃迁。Cr: Al2O3晶体可用于获得红光发射的荧光晶体。