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

1、毕业设计开题报告电子信息科学与技术CR3CDWO4晶体的发光特性及其在可调谐激光器中的应用研究一、选题的背景与意义近几年来,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（79G/CM3）、高发光效率、短余辉时间的闪烁材料。12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COMPUTERTOMOGRAPHY,C

2、T、石油测井、高能物理等技术领域，尤其在医用XRAYCT、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。37而且，通过阅读大量的文献发现CWO和杂质离子同时存在的发光现象也常常容易使人琢磨不清，在我们有意的同时生长出纯的CWO和掺入杂质离子的CWO后能比较的容易将两者区分开。不同类型的杂质离子掺入到CWO和其他钨酸盐中已经得到了广泛的研究。一价离子NA、CS89，二价离子CO2、PB2811，三价离子BI3、SM31213和其他一些高价态离子SI4、NB5、MO68被掺入到CWO后已经得到了不同的效果。掺CR钨酸镉氧化物晶体具有良好的物化稳定性，其晶体

3、的结构特征可为发光中心提供更高效率的发光环境，有利于实现高效率的激光输出，可广泛应用于红外宽带光学放大器与可调谐激光器等光学领域中。综合以上分析，我们尝试在CDWO4中掺杂CR3,并对CR3CDWO4晶体的发光特性在可调谐激光器中具体的研究。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题基本内容课题研究的主要内容是坩埚下降法生长CR3CDWO4晶体的发光特性在可调谐激光器中的研究。而具体通过以下几个方面进行研究1）晶体的生长以高纯CDO，WO3为初始原料，采用垂直坩埚下降法生长CDWO4单晶，再与CR3进行混合得到CR3CDWO4晶体。而在此过程中主要研究晶体生长的掺杂CR3浓度、烧结温度、炉膛温度场、

4、坩埚下降速度等因素对晶体质量的影响。2）晶体的光谱特性对所得到的晶体切割、抛光后做XRD分析，确认掺杂离子后是否改变原有CDWO4的晶相，是否有新的晶相产生。然后再对样品做吸收光谱分析，确认掺杂离子是否进入晶体格位上（或以填隙方式存在于晶体中）。从而进一步对样品做激发和发射光谱分析，研究掺杂的CR3离子在基质提供的晶格场中的能级分裂和荧光性质。最后对CR3CDWO4晶体做XPS分析，明确掺杂离子在基质中的离子价态。拟解决的关键技术和难点1）晶体生长的全过程都是在高温环境和封闭的坩埚内进行，不便于直接观察晶体生长的过程，这对改善晶体生长的温度梯度等工艺条件造成极大地困难。2）采用坩埚下降法生长出

5、的大尺寸CDWO4单晶,可能会出现晶体缺陷,包括晶体开裂、丝状包裹物和晶体黑化。三、研究的方法与技术路线研究方案采用坩埚下降法生长混合晶体，再对生长获得的晶体进行切割、打磨、抛光等加工，最后将抛光后的新样品进行光学与光谱性质的测试及研究。技术路线采用纯度为9999的CDO和WO3作为初始原料，先在马弗炉中300焙烧3H，以除去可能含有的吸附水分。按照NCDONWO311的理论摩尔比配料，准确称量氧化物原料，称量精确度为1MG。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10001150经过26H烧结，获得CDWO4白色陶瓷状多晶料锭，通过粉

6、末X射线衍射XRAYDIFFRACTION,XRD分析证实这种多晶料为钨酸镉物相。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。在熔点附近选择多个不同的温度点实验最佳合成温度将采用不同的烧结气氛，包括惰性的氩气氛、氧化气氛和氢还原气氛，初步实验烧结气氛对发光的影响结合烧结温度的变化，初步确定温度、气氛等工艺条件对红外发光的影响规律。根据这些情况，确定晶体生长过程所采用的生长气氛14。通过高温烧结与坩埚下降法工艺的实验手段制备多晶与单晶用DTA/TG热分析仪、FTIR红外光谱、RAMAN光谱、扫描电子显微镜、投射电镜、X射线衍射仪来研究晶体的

7、结构、组分、物化性能与围观形貌；用吸收光谱仪、LD（800NM，980NM）半导体泵浦源、钛宝石激光器、TRAX550荧光光谱仪、低温装置、示波器来研究晶体的光谱特性。四、研究的总体安排与进度12010年11月2010年12月查阅文献，了解课题的背景和意义，构思时间安排和进度计划。22011年1月2010年2月开始尝试做试验，采用坩埚下降法生长晶体。32011年2月2011年3月对上述样品进行全面的光学及光谱性能测试、分析研究。42011年3月2011年4月毕业论文撰写的和答辩。五、主要参考文献1ISHIIM,KOBAYASHIMSINGLECRYSTALSFORRADIATIONDETECT

8、ORJPROGCRYSTGROWTHCHARACTMATER,1991,232453112臧竞存钨酸盐闪烁单晶材料的现状和发展J材料导报,1995,63538ZANGJINGCUNMATERREVINCHINESE,1995,635383SABHARWALSC,SANGEETASTUDYOFGROWTHIMPERFECTIONS,OPTICALABSORPTION,THERMOLUMINESCENCEANDRADIATIONHARDNESSOFCDWO4JJCRYSTGROWTH,1999,2001911984NAGORNAYAL,BURACHASS,VOSTRETSOVY,ETALSTUDI

9、ESOFWAYSTOREDUCEDEFECTSINCDWO4SINGLECRYSTALSJJCRYSTGROWTH,1999,1981998778005SABHARWALSC,SANGEETAINVESTIGATIONSONCRACKINGINCDWO4CRYSTALSJJCRYSTGROWTH2000,2165355376徐军,马笑山,顾及,等闪烁晶体CDWO4的生长J人工晶体学报,1990,194283287XUJUN,MAXIAOSHAN,GUJI,ETALJSYNTHCRYSTINCHINESE,1990,1942832877罗明丽,陶德节,王英俭CDWO4闪烁晶体的生长及其光学性能的

10、研究J人工晶体学报,2006,355922926LUOMINGLI,TAODEJIE,WANGYINGJIANJSYNTHCRYSTINCHINESE,2006,3559229268MKOBAYASHI,YUSUKI,MISHII,MITOH,RADIATMEAS3820043759VTALE,ITALE,LLNAGORNAYA,RADIATEFFDEFECTSSOLIDS134199547710UROGULIS,RADIATMEAS29199828711YZORENKO,LLIMARENKO,IKONSTANKEVYCH,MPASHKOVSKY,ZMOROZ,ISOLSKY,BGRINEV,

11、VNEKRASOV,YBORODENKO,SEMICONDPHYSQUANTELEOPTELE3200020712HJMURPHY,KTSTEVENS,NYGARCES,MMOLDOVAN,NCGILES,LEHALLIBURTON,RADIATEFFDEFECTSSOLIDS149199927313OCHUKOVAA,SNEDILKO,ZMOROZ,MPASHKOVSKYI,JLUMIN102103200349814SHIQINGXU,DEGANGDENG,RENQIANGBAONI2DOPEDNEWSILICATEGLASSCERAMICSFORSUPERBROADBANDOPTICALAMPLIFICATIONJJOPTSOCAMB,2008,25915481552