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由于BaY2F8晶体具有低熔点,良好透光性质,宽透射波长(0.125-15μm),易于和稀土元素进行掺杂及声子能量低等优点,因此同其他基质晶体相比,非常适合作为上转换发光的基质材料。另一方面,Er3+作为三价稀土元素,不但拥有丰富的能级,还具有发光谱带窄,吸收能力强,转换效率高,物理化学性质稳定的特点,在国内外也被广泛地作为激光材料的激活离子利用或研究。本文主要对温度梯度法生长BaY2F8和Er3+:BaY2F8的工艺参数,BaY2F8的生长基元进行了研究。还利用J-O理论计算了Er3+:BaYEF8的光谱参数。
通过对BaY2F8晶体结构的分析,从晶体的生长基元为负离子配位多面体理论出发,对自然冷却条件下BaY2F8晶体自发结晶习性进行了研究,提出了以Ba2+为中心的近八配位十二面体和以Y3+为中心的近八配位十二面体是晶体生长的基元。并根据自发结晶的BaY2F8的XRD,说明了BaY2F8晶体发的{200}、{130}、{021}、{330)、{-111}、{111}、{221}、{002}等面族比较发育的原因。本文证实了仲维卓的负离子配位多面体理论对BaY2F8晶体生长的适用性,并对探索新的BaY2F8单晶生长方法有参考作用。
我们还测试了晶体的吸收光谱,吸收光谱中Er3+离子的特征吸收峰清晰可辨。根据J-O理论的计算,得到了唯象的晶场参数Ωi(i=2,4,6),其数值分别为1.43×10-20c㎡,0.49×10-20c㎡和1.36×10-20c㎡。重点分析了Er3+:BaY2F8晶体的各能级的荧光寿命,较之氧化物有很大的提高,其中4I11/2能级的寿命约为5ms,这样大的荧光寿命对于上转换激光的形成极为有利。