《Er3+摻雜鹵氧化鉍晶體雪崩發射效應及其調控機制的研究》是依託昆明理工大學，由宋志國擔任項目負責人的地區科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：Er3+摻雜鹵氧化鉍晶體雪崩發射效應及其調控機制的研究
- 項目類別：地區科學基金項目
- 項目負責人：宋志國
- 依託單位：昆明理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
光子雪崩是稀土離子上轉換中一種高效的形成機制，但傳統雪崩發射行為構建規律不明、實際效率低下，阻礙了其研究進展與套用。研究中我們發現鉺激活鹵氧化鉍具有獨特的雪崩發射行為，近紅光外光激發下410-1550nm多個波段呈現高效的同步雪崩發射現象，且雪崩循環特徵可通過外摻離子、合成方法及激發光性質等多重因素進行調控。這類材料全新的雪崩發射及可調控化行為與以往完全不同，其機制探索有望為光子雪崩研究帶來新的突破。因此本項目提出從鹵氧化鉍結構與鉺離子發光性質的實驗調控出發，與激發光波長、頻率、功率密度等光激勵誘導因素相關聯，結合J-O理論和第一性原理的理論計算分析，研究鉺激活鹵氧化鉍光子雪崩發射形成的材料結構與光激勵誘導條件，闡明其構建及調控機理。項目實施將有助於雪崩上轉換理論體系的發展，為設計製造高效光子雪崩材料提供理論基礎和技術支持，並推動其在雷射器、光學開關等領域的套用，具有很好的理論和現實意義。
結題摘要
光子雪崩是一種傳統稀土摻雜發光材料中難以實現的光學現象，對雷射泵浦功率要求極高。另外，如何實現稀土離子的光子雪崩可設計化，目前依然缺乏有效的理論依據。我們首先在層狀的氯氧化鉍體系中發現了Er離子的全波段光子雪崩發光。這類現象這可在室溫條件下利用普通的連續雷射輕易獲得，有望實現這類獨特發光現象套用的突破。本項目以Er摻雜鹵氧化鉍為基礎，從（1）鹵氧化鉍的材料結構原理；（2）稀土離子的雪崩發射機制；（3）雷射與稀土離子及鹵氧化鉍的相互作用，三個方面開展了近紅外激發下Er離子光子雪崩機理的探索與構建機制。研究發現：（1）鹵氧化鉍層狀結構形成的取向自發極化及內電場是形成稀土離子光子雪崩現象的重要原因之一。內電場可以利用局域場效應實現稀土離子激發增強，布局能級過飽和效應，以及通過促進光生電子和空穴分離抑制非輻射弛豫等作用機制，促進光子雪崩的形成；在Bi系層狀極化材料中具有普適性； （2）鹵氧化鉍層狀結構獨特的層間范德華力連線，導致表面極易形成缺陷；在近紅外雷射很低的功率輻照下，缺陷能級利用多光子效應實現帶隙躍遷，在層狀半導體中構建全新的光子雪崩機制； （3）稀土離子在層狀半導體中的雪崩循環機制發生了根本性的改變。在內電場作用下，光誘導缺陷能級在雷射作用下利用多光子效應，形成近紅外鐵電光伏效應和帶隙躍遷，並利用下轉換布局過程實現了可見波段的光子雪崩；而近紅外波段的光子雪崩發射則是鐵電光伏效應形成後，稀土離子可見波段與近紅外波段交叉作用增強的結果。 上述研究表明，當基質的晶體結構從傳統的三維轉變為二維晶體後，稀土離子與基質之間的相互作用關係發生了全新的改變，稀土離子的躍遷行為也隨之變化，從而能夠實現很多傳統稀土發光材料難以觀察和實現的發光行為。Er摻雜鹵氧化鉍光子雪崩行為的研究，不僅為光子雪崩行為的構建機制打開了全新的道路，同時也幫助我們打開了認識稀土離子發光材料新的維度。
