Pr3+：Y2SiO5晶体的上转换特性及红外偏振光谱法探测OH和CH3

论文摘要

近年来,一种可产生短波长可调谐激光的技术-稀土离子掺杂晶体中的频率上转换技术越来越受到关注。频率上转换的主要特点是:不需要像倍频晶体那样严格的位相匹配条件;结构简单,可以全固体化;价格低廉。上转换激光材料以稀土离子掺杂的光学晶体或非晶体为主。目前国内外报道的上转换激光的研究主要集中在红外、可见波段,对紫外上转换激光报道很少。本论文主要阐述了Pr3+:Y2SiO5晶体的光学性质和上转换特性。首先测量了该晶体的吸收谱、荧光谱、激发谱、不同能级不同浓度的荧光寿命,并计算了4f2组态内各能级间的跃迁几率、自然辐射寿命。然后对几种可能的上转换过程及其机理进行了实验和理论研究。激光光谱技术在分子水平上对剧烈化学反应如燃烧过程的研究起着重要作用。而现有的工作主要集中在紫外和可见波段,这就只局限于有限的分子和原子。大量重要的小分子碳氢化合物,因为没有合适于此波段的可探测电子跃迁而得不到定量研究。本论文利用激光偏振光谱学方法,通过探测分子的振动和转动能级,在中红外波段检测燃烧化学反应中的重要中间产物,羟基和甲基自由基分子,从而实现了对它们的在线定量分析。

论文目录

• 内容提要
• 第一部分 引言和基本原理
• 第一章 绪论
• §1.1 激光的发展简史和发展方向
• §1.1.1 激光器的发展简史
• §1.1.2 激光器的发展方向
• §1.2 可调谐紫外激光简介
• §1.2.1 可调谐激光器
• §1.2.2 可调谐紫外激光器现状和发展方向
• §1.3 上转换发光材料
• §1.3.1 上转换激光的发展简史
• §1.3.2 上转换激光材料
• §1.4 上转换发光机理
• §1.4.1 上转换发光研究进展概况
• §1.4.2 上转换发光机制
• §1.5 激光诱导荧光（LIF）简介
• §1.6 偏振光谱（PS）简介
• §1.7 本论文的主要研究内容以及意义
• 3+:Y₂SiO₅晶体光学性质和上转换特性'>第二部分 Pr³⁺:Y₂SiO₅晶体光学性质和上转换特性
• 3+:Y₂SiO₅晶体光学性质'>第二章 Pr³⁺:Y₂SiO₅晶体光学性质
• §2.1 稀土离子能级结构
• §2.1.1 稀土离子4f-4f和5d-4f跃迁的谱线特征
• §2.1.2 稀土离子5d组态的能级结构
• 3+:Y₂SiO₅晶体的吸收光谱'>§2.2 Pr³⁺:Y₂SiO₅晶体的吸收光谱
• §2.2.1 吸收光谱的测量原理和实验装置
• §2.2.2 掺有三个不同浓度的样品的吸收谱图
• 3+离子在Y₂SiO₅中的能级结构图'>§2.2.3 Pr³⁺离子在Y₂SiO₅中的能级结构图
• 3+:Y₂SiO₅晶体的荧光谱和荧光寿命的测量'>§2.3 Pr³⁺:Y₂SiO₅晶体的荧光谱和荧光寿命的测量
• §2.3.1 测量样品的基质材料
• §2.3.2 测量原理
• §2.3.3 测量方法
• §2.3.4 实验仪器
• §2.3.5 荧光光谱
• §2.3.6 能级荧光寿命的测量
• 3+:Y₂SiO₅晶体中pr³⁺能级间跃迁几率的计算'>§2.4 Pr³⁺:Y₂SiO₅晶体中pr³⁺能级间跃迁几率的计算
• §2.4.1 晶体场理论的简介
• §2.4.2 Judd-Ofelt理论
• λ的拟合'>§2.4.3 唯象强度参数Ω_λ的拟合
• §2.4.4 荧光量子效率的计算
• §2.5 本章小结
• 3+:Y₂SiO₅晶体中上转换过程的研究'>第三章 Pr³⁺:Y₂SiO₅晶体中上转换过程的研究
• 3+:Y₂SiO₅晶体中可见.紫外上转换过程'>§3.1 Pr³⁺:Y₂SiO₅晶体中可见.紫外上转换过程
• 3+:Y₂SiO₅晶体中可见-紫外上转换'>§3.1.1 脉冲光激发下Pr³⁺:Y₂SiO₅晶体中可见-紫外上转换
• 3+:Y₂SiO₅晶体中可见-紫外上转换'>§3.1.2连续光激发下Pr³⁺:Y₂SiO₅晶体中可见-紫外上转换
• 3+:Y₂SiO₅晶体中可见-可见上转换过程'>§3.2 Pr³⁺:Y₂SiO₅晶体中可见-可见上转换过程
• 3+:Y₂SiO₅晶体中红外-可见上转换过程'>§3.3 Pr³⁺:Y₂SiO₅晶体中红外-可见上转换过程
• §3.4 本章小结
• 3'>第三部分 中红外偏振光谱法探测OH和CH₃
• 第四章 中红外偏振光谱法探测OH
• §4.1 激光光谱技术在燃烧过程中的应用
• §4.1.1 燃烧科学简介
• §4.1.2 激光燃烧诊断的应用
• §4.1.3 激光燃烧诊断常用的实验方法
• §4.2 分子红外振.转光谱相关基础理论
• §4.2.1 多原子分子红外光谱
• §4.2.2 转动光谱
• §4.2.3 振转光谱
• §4.3 利用中红外偏振光谱对OH的探测
• §4.3.1 实验目的
• §4.3.2 实验装置
• §4.3.3 实验结果和讨论
• §4.4 本章小结
• 3'>第五章 中红外偏振光谱法探测CH₃
• 3的探测'>§5.1 利用中红外偏振光谱对CH₃的探测
• §5.1.1 实验目的
• §5.1.2 实验装置
• §5.1.3 实验结果和讨论
• §5.2 本章小结
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的论文
• 致谢
• 中文摘要
• Abstract