基于Dy:Ln₂O₃-Al₂O₃体系的高通量粉体合成、晶体生长和性能研究

【作者】 王燕； 练颖姝； 李坚富； 朱昭捷； 游振宇； 涂朝阳；

【机构】 中国科学院福建物质结构研究所； 中国福建光电信息科学与技术创新实验室(闽都创新实验室)； 福晶科技福建福晶科技股份有限公司；

【摘要】 全固态黄光波段激光在激光显示、雷达、生物医学等方面的重要应用使其成为目前业内的研究热点。本工作选择Dy³⁺激活Y₂O₃-Al₂O₃二元体系作为研究对象,Y元素化学性质活泼、电子磁矩大、旋轨耦合强,且具有独特的4f电子结构,能够与Al、O元素形成晶体结构多样化的材料,如Y₃Al₅O₁₂（YAG）、YAlO₃（YAP）和Y₄Al₂O₉（YAM）等。其中YAG和YAP是人工晶体中综合性能优异的激光基质材料。本工作主要针对黄光波段的发射,制备了不同浓度Dy³⁺掺杂的YAP、YAG和YAM系列荧光粉,进行物化性能表征和光谱性能研究。结果发现:实现最强黄光发射的Dy³⁺:YAP、Dy³⁺:YAG和Dy³⁺:YAM荧光粉的最佳掺杂浓度分别为2 at.%、4 at.%和1 at.%,三者均为良好的黄光LED应用材料。采用提拉法生长了4 at.%Dy³⁺单掺的一系列（Lu,Y）₃Al₅O₁₂晶体,以及Dy与其它稀土离子双掺、三掺的YAG晶体,研究发现:随着Lu³⁺浓度的增加,单掺Dy系列晶体中⁴F_9/2能级的荧光寿命增强,结合力学性能和其它光谱参数,筛选出Lu_1.5Y_1.5Al₅O₁₂晶体是实现黄光激光的良好基质材料。在Dy/Tb/RE:YAG晶体中,Cr³⁺的加入抑制了晶体的黄光发射,故Cr³⁺不是良好的敏化离子材料,而Ce³⁺的加入将Dy:YAG晶体在黄光波段的发射强度增强了12倍,且将发射光谱半峰宽拓宽了9倍,非常有利于黄光发射,是一种合适的敏化离子材料,从光谱性能和激光实验方面证实了Ce/Dy/Tb:Y₃Al₅O₁₂晶体是优秀的黄光激光增益介质。更多还原