Cr3+ CdWO4晶体的发光特性及其在可调谐激光器中的应用研究【文献综述】.doc

毕业设计文献综述 电子信息科学与技术 Cr3+: CdWO4晶体的发光特性及其在可调谐激光器中的应用研究 摘 要：以高纯CdO，WO3 为初始原料，应用高温固相反应合成CdWO4 多晶料。采用垂直坩埚下降法生长CdWO4 单晶，把WO3分别与CdO按照化学计量比混合均匀后压制成块后，固相烧结反应法合成掺Cr系列CdWO4晶体。获得的晶体进行不同温度、时间与气氛下的退火处理。分析退火处理后以及X射线辐照后，晶态的吸收光谱、荧光光谱以及X-光电子能谱（XPS）等的变化情况，推断并确定发光中心是否跟色心等有直接的联系。 关键词：Cr3+:CdWO4；坩埚下降法；X射线 一、引言 近几年来, 可调谐固体激光器在工业、军事和科研等许多领域已经得到广泛的应用, 人们越来越重视这一领域的研究工作, 尤其受到人们关注的是以Cr3+作为激活离子的激光晶体。 钨酸镉（CdWO4,CWO）是一种高密度（7.9g/cm3）、高发光效率、短余辉时间的闪烁材料。与其它多种无机闪烁晶体相比较，钨酸镉闪烁单晶具有发光效率较高，余辉时间短，X 射线吸收系数大，抗辐照损伤性能强，材料密度大，无潮解性等特性，可广泛应用于核医学成像、安全检查、工业计算机断层摄(Computer tomography, CT)、石油测井、高能物理等技术领域，尤其在医用X-ray CT、集装箱检查系统领域具有非常重要的应用。迄今国内外已有采用提拉法生长钨酸镉单晶的研究报道。 综合以上分析，我们尝试在CdWO4中掺杂Cr3+,并对Cr3+: CdWO4晶体的发光特性在可调谐激光器中具体的研究。 二、原料合成 采用纯度为99.99%的CdO 和WO3 作为初始原料，先在马弗炉中300 ℃焙烧3 h，以除去可能含有的吸附水分。按照n(CdO):n(WO3)=1:1 的理论摩尔比配料，准确称量氧化物原料，称量精确度为1 mg。原料经过充分研磨混合后，将所配粉料压制成致密料锭。将料锭装入刚玉坩埚，将坩埚密封后置于电阻炉中，在1 000～1 150 ℃经过2～6 h 烧结，获得CdWO4 白色陶瓷状多晶料锭，通过粉末X 射线衍射(X-ray diffraction, XRD)分析证实这种多晶料为钨酸镉物相。 三、晶体生长 坩埚下降法晶体生长装置如图1 所示。该系统由生长炉、温度控制仪、测温元件和机械下降装置等部分组成。通过WJK–100A 型程序精密温控仪控制炉体温度，炉体温度控制于1 350～1 400 ℃，温度波动小于0.5 ℃。生长炉的轴向温度分布如图2所示。按照生长炉的轴向温度分布，炉膛分为高温区、梯度区和低温区。高温区采用硅钼棒加热，低温区利用余热来调节，高、低温区的温度梯度均较小，梯度区的温度梯度较大。在晶体生长过程中，原料在高温区熔化，晶体在低温区保温和自退火，固液界面位于梯度区，调节其温度梯度，使其保持在30～40 ℃/cm。为了实时测量晶体生长过程的温度变化，采用安置于氧化铝陶瓷管内的Pt/Pt–10%Rh热电偶测温。由单板机程序控制机械下降装置，使坩埚以恒定速率缓慢平稳下降，晶体逐渐自下而上从熔体中析出。采用特制铂坩埚进行晶体生长，坩埚形状为圆筒状，其上端尺寸为φ (25～40 mm) × (200～250 mm)， 图1 坩埚下降法晶体生长炉 图2 生长炉的轴向温度分布 下端制作成漏斗状，并连以尺寸为φ (10～25 mm) ×(60～80 mm)的籽晶井。先通过自发成核生长获得较大块晶体，然后加工成尺寸为φ (9～24 mm) × (40～60 mm)的籽晶，其结晶学方向为[001]，再进行籽晶引导的晶体生长。将籽晶置于坩埚下端并填装多晶料后，将坩埚两端密封焊接，再将坩埚放入陶瓷管，其间隙填入氧化铝粉，然后将陶瓷管放入炉膛，并放置在下降装置上。将炉体温度升至控制温度，再进行晶体生长前的籽晶熔接。启动自动机械下降装置，坩埚下降速度控制为0.5～1.5 mm/h。晶体生长结束后，以20～60 ℃/h 的速率降低炉温，待炉温降至室温后，将晶体从坩埚中剥离，即获得钨酸镉单晶。然后，将晶体置于退火炉中进行热处理，以50 ℃/h 的速率升温至950～1 050 ℃，保温24 h，再以30 ℃/h 的速率冷却到室温。 四、Al2（WO4）3和Sc2（WO4）3的光谱性质 在所翻译的文献中，了解了掺Cr的Al2（WO4）3和Sc2（WO4）3的光谱性质，在图3中，Cr：Al2（WO4）3的吸收光谱中不同偏振态的显示。光谱表明伪四方晶系晶体单位晶格对称性。这比较宽的4T1与4T2吸收带和狭窄的2T2（505纳米），2T1（685纳米），和2E（722 nm）的互组三价铬离子的波段明确解决，即使在室温（在350 nm的峰值尚未确认）。由于离心Cr3 +晶位的对称性，拉波特选择