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钇稳定氧化锆(YSZ)因为其优异的物化性能和电学性能,广泛应用于光学器件、固态氧化物电池、气体传感器、激光基质和高温结构器件。通过光学浮区炉生长了不同浓度的Ho2O3、Sm2O3单掺和不同浓度Yb203共掺的Yb/Ho:YSZ单晶体。对晶体进行XRD和拉曼光谱测试,确定物相结构。测试晶体的吸收和透射光谱,分析材料对应的跃迁,利用J-O理论计算吸收光谱得到强度参数,研究其材料的激光发射性能和占位信息。分析晶体的吸收和激发光谱,探索掺杂浓度对荧光发射强度的影响。利用发射光谱得到色坐标和色纯度参数,分析其发射光的质量。不同浓度Ho203单掺YSZ晶体的测试结果表明:稳定剂的加入成功的获得了四方相ZrO2;透射光谱显示,在可见光区,Ho3+掺杂的YSZ晶体的透过率大于85%;晶体在448nm光激发下,得到位于553.3nm、671nm和759nm处一个强的绿光发射和弱的红光和红外发射峰。Ho203掺杂浓度为0.75mol%时,获得的绿光发射强度最高,得到的发光光谱色纯度高达99.7%。掺杂0.75 mol%Ho203和不同浓度Yb203的YSZ单晶的拉曼和XRD测试结果表明:稳定剂的加入成功的获得了立方相Zr02。在室温下测试了样品的吸收光谱,从吸收光谱可以观察到分别对应于Ho3+和Yb3+的跃迁峰。通过J-O理论得到了强度参数、跃迁几率、寿命和分支比参数,强度参数Ω2为14 × 10-20 cm2。相比于其它基质材料,Ho3+在YSZ晶体材料中占据具有更低的对称性和更高的共价性的格位。光谱质量因子Ω4/Ω6为1.93,表明YSZ基质是一种潜在的可用于激光输出的材料。分析了Yb2O3浓度对发射光谱发射强度和荧光寿命的影响,测试0.75mol%Ho2O3和1.5 mol%Yb2O3共掺YSZ晶体样品的吸收和发射光谱。上转换发射光谱表明,Yb3+的加入能极大地提高0.75mol%Ho2O3掺杂YSZ晶体位于绿光(557 nm)、红光(670 nm)和近红外(758 nm)的发射峰的强度,并且当Yb2O3浓度为1.5mol%时,发射峰强度达到最大;下转换发射光谱出现了位于1040nm和1213 nm的强发射峰,Yb2O3淬灭浓度分别为1.5 mol%和2.5 mol%。不同Yb2O3浓度的YSZ晶体荧光衰减曲线表明:Yb3+和Ho3+之间的能量传递影响了Ho3+激发态电子的寿命。以上结果证明Yb/Ho共掺YSZ晶体可应用于激光和荧光的输出。不同浓度Sm2O3掺杂的YSZ单晶体的XRD和拉曼光谱结果表明:Y203的加入成功的将YSZ稳定到立方相。利用J-O理论计算0.75mol%Sm203:YSZ样品的吸收和发射光谱,得到强度参数、跃迁几率、寿命、和分支比参数。强度参数按Ω2<Ω4<Ω6的顺序,分别为Ω2=5.46×10-20 cm2,Ω4=10.70×10-20 cm2 和Ω6=12.67×10-20 cm2。分析表明,在YSZ基质中,Sm3+占据高对称性的Y3+的格位。在404nm激发下,测得荧光发射光谱发射带的中心波长为571nm、621nm、652nm、716nm,对应于Sm3+的4G5/2→6Hj(j= 5/2、7/2、9/2、11/2)跃迁。综上,YSZ是一种可实现红橙光输出的基质材料,Sm3+掺杂YSZ晶体材料可潜在的用于红橙光激光输出和发光器件。