稀土(Er, Nd, Yb, Pr, Ho, Sm)有机/无机杂化材料的制备及发光性能研究

目前，国内外对于铕和铽等稀土配合物的可见区发光和应用都有大量研究，但对具有近红外发光（800-1700 nm）性能的稀土配合物的研究还处于起步阶段。由于稀土的近红外发光在光纤通讯、激光系统及诊断学等方面应用具有特殊的优点，越来越引起人们的兴趣和重视。 稀土近红外发光配合物的致命弱点是其光、热和化学稳定性较差，从而限制了其在很多领域的实际应用。而溶胶－凝胶材料和介孔材料具有良好的光、热和化学稳定性，能改善客体分子的结构环境和化学微环境，从而能有效提高客体分子的发光性能。因此，本论文将具有优良近红外发光性能的稀土配合物分别与上述两种基质复合，从实验和理论研究稀土近红外发光杂化材料的性能和应用价值，制备出具有良好稳定性的高效稀土近红外发光杂化材料，以期为光纤通讯、激光等领域提供潜在的候选材料。围绕这一宗旨，开展了如下工作： 通过原位技术分别得到了掺杂和嫁接[Ln(dbm)3phen]化合物（Ln = Er, Nd, Yb）的杂化凝胶材料，Ln-D-P gel和Xerogel-Ln。通过对其近红外发光性能的研究，表明材料中配体能很好的保护稀土离子，并将能量有效的传递给稀土离子。采用Judd-Ofelt理论对所得部分材料进行了光谱分析，基于实验数据和理论分析表明其具有潜在的光放大和激光应用价值。 选择了两种含全氟化烷基链的β-二酮配体Hhfth和Htfnb，通过功能化的phen-Si配体，将三元配合物[Ln(hfth)3phen] (Ln = Er, Nd, Yb, Sm)和[Pr(tfnb)3phen]成功共价嫁接到介孔MCM-41和SBA-15杂化材料中，得到的衍生材料Ln(hfth)3phen–MCM-41、Pr(tfnb)3phen–MCM-41和Ln(hfth)3phen–SBA-15、Pr(tfnb)3phen–SBA-15都保持了高度有序的介孔p6mm结构，并展现出稀土离子特征的近红外发射。所得稀土配合物功能化的材料的发射光谱能完全覆盖对光通讯极具应用价值的1300-1600nm区域。 通过对Er(dbm)3phen–M41(X, Y) (X = 1~14, Y = 3, 6, 12, 18, 24 h)材料系统的比较研究，选择了X = 12, Y = 6作为合成目标材料的优化参数，通过功能化的phen-Si配体将[Ln(dbm)3phen]配合物共价嫁接于有序介孔MCM-41和SBA-15中(Ln = Er, Nd, Yb)，所得两类材料Ln(dbm)3phenM41和Ln(dbm)3phenS15都保持了很好的介孔有序性，并具有良好的近红外发光性能。通过对Ln(dbm)3phenM41和Ln(dbm)3phenS15两类材料发光行为的比较，以及两类材料中稀土离子的含量及孔结构的分析，推出以SBA-15为载体得到的材料在相对发光强度和荧光寿命上，均比以MCM-41为载体的材料有所提高。 通过对8－羟基喹啉配体进行改性，合成了具有双功能的配体Q-Si，继而合成了共价嫁接8－羟基喹啉衍生物的介孔杂化材料Q–SBA-15，其形貌均一，并具有高度有序的介孔p6mm结构。通过配体交换反应，得到了嫁接稀土喹啉配合物的具有近红外发光性能的介孔杂化材料LnQ3–SBA-15 (Ln = Er, Nd, Yb)，其仍然保持高度有序的介孔结构，且外形呈现与母体材料Q–SBA-15相似的弯曲圆柱状。激发配体的吸收，LnQ3–SBA-15材料都分别展现出相应稀土离子特征的近红外发射，并详细分析和讨论了所得介孔杂化材料的近红外发光性能。

H[DEHP]从不同介质中萃取稀土（III）(Sc、Y、Ho、Er、Yb、Lu)及Fe(III)、Zn(II)的机理

本文分另研究了H[DEHP]从不同酸性介质中萃取稀土（III）(Sc、Y、Ho、Er、yb、Lu)及Fe(III)、Zn(II)的机理及性能。一、H[DEHP]从 H_2SO_4介质中萃取Sc(III)的机理 1. H[DEHP]萃取H_2SO_4及其机理 2. H[DEHP]萃取Sc(III)的机理，用斜率法和饱和法确定了H[DEHP]的正庚烷溶液从H_2SO_4溶液中萃取Sc_2(SO_4)_3的机理及萃合物组成。研究表明，H[DEHP]萃取Sc(III)在高、低两种酸度范围内存在着两种不同的萃取机理。二、H[DEHP]从HCl介质中萃取Ln(III)和Fe(III)的性能及H[DEHP]萃取Ln(III)的机理研究了H[DEHP]的正庚烷溶液从HCl介质中萃取稀土（III）(Sc、Y、Ho、Er、Yb、Lu)和Fe(III)的性能，得出H[DEHP]在相同条件下萃取以上各金属离子的顺序是：Sc(III)>Fe(III)>Lu(III)>Yb(III)>Er(III)>Y(III)>Ho(III), 并计算了各金属离子之间的分离因素（β）。文中还讨论了Sc(III)、Fe(III)、Lu(III)之间的分离以及重稀土离子间的萃取分离，同时与相同实验条件下HEH[EHP]的萃取性能进行了比较，为新的萃取体系提供了一些参数。三、H[DEHP]从不同介质中萃取Fe(III)的机理，研究了H[DEHP]的正率烷溶液从Hcl介质中和H[DEHP]的正庚烷溶液从H_2SO_4介质中萃取Fe(III)的平衡规律；用斜率法、饱和法以及IR和NMR谱等讨论了低酸度下的萃取机理。四、H[DEHP]萃取Zn(II)的机理，研究了H[DEHP]的正率烷溶液从Hcl介中萃取Zn(II)的平衡，利用斜率法、饱和法及SR、NMR谱等讨论了低Hcl浓度下的萃取机理。

RECRYSTALLIZATION, IMPURITY MIGRATION AND OPTICAL ACTIVATION OF YB-IMPLANTED SILICON INDUCED BY RAPID THERMAL ANNEALING

The rapid thermal annealing temperature dependence of the recrystallization, Yb migration and its optical activation were studied for Yb-implanted silicon. For the annealing regime 800-1000-degrees-C, the Yb segregates both at the crystal/amorphous interface and at the surface, which is different from the usual segregation of Er at the crystal/amorphous interface, and the efficiency of optical activation also increases with annealing temperature. However, the amorphous layer regrows completely and no photoluminescence is observed after the annealing at 1200-degrees-C.

透射式SESAM实现掺Yb^3＋光纤激光器被动调Q锁模

锁模光纤激光器具有体积小、性能稳定及模式好等优点，日益受到关注。利用一种新型的透过式半导体可饱和吸收镜，实现双包层掺Yb^3＋光纤激光器调Q锁模脉冲激光输出。得到的脉冲调Q包络半高宽约500ns，重复频率110kHz，平均输出功率45mW，锁模脉冲重复频率26．7MHz。锁模光路比反射式吸收镜更简单，易于调节，为进一步引入色散补偿元件进行飞秒脉冲的实验研究奠定了基础。

Passively Mode Locked Diode-End-Pumped Yb∶YAB Laser with High Reflectivity Type Semiconductor Saturable Absorption Mirror

利用金属有机气相淀积方法生长了一种新型吸收体:高反射率半导体可饱和吸收镜.用这种吸收体兼作端镜,实现了1.044μm半导体端面泵浦Yb∶YAB激光器被动锁模,脉冲宽度为3.05ps,重复率为375MHz,输出功率为45mW.

用表面态型半导体可饱和吸收镜实现Yb∶YAG激光器被动调Q锁模

制作了一种新型的半导体可饱和吸收镜--表面态型半导体可饱和吸收镜.用表面态型半导体可饱和吸收镜作为被动锁模吸收体实现了半导体端面泵浦Yb∶YAG激光器被动调Q锁模.在泵浦功率仅有1.4 W的情况下,获得了调Q锁模脉冲序列,锁模平均输出功率1 mW,锁模脉冲重复频率200 MHz.

Passive Q-switching of diode-pumped Yb:YAG microchip laser with ion-implanted GaAs

We reported a passive Q-switched diode laser pumped Yb:YAG microchip laser with an ion-implanted semi-insulating GaAs wafer. The wafer was implanted with 400-keV As^(+) in the concentration of 10^(16) ions/cm^(2). To decrease the non-saturable loss, we annealed the ion-implanted GaAs at 500 oC for 5 minutes and coated both sides of the ion-implanted GaAs with antireflection (AR) and highreflection (HR) films, respectively. Using GaAs wafer as an absorber and an output coupler, we obtained 52-ns pulse duration of single pulse.

Passive mode locking of an Yb:YAB laser with a low modulation depth SESAM

A passive mode-locked diode-pumped self-frequency-doubling Yb:YAB laser with a low modulation depth semiconductor saturable absorber mirror operating at 374 MHz is demonstrated. The measured pulse duration is 1.98 ps at the wavelength of 1044 nm. The maximum average power reaches 45 mW.

表面态型半导体可饱和吸收镜实现Yb:YAG激光器被动锁模

制作了一种新型的半导体可饱和吸收镜:表面态型半导体可饱和吸收镜.用表面态型半导体可饱和吸收镜作为被动锁模吸收体,实现了半导体端面泵浦Yb:YAG激光器被动连续锁模.在泵浦功率为10W时,获得了连续锁模脉冲序列,重复频率200MHz,锁模脉冲平均输出功率为70mW.在未加任何色散补偿的情况下,脉冲宽度为4.35ps.

Stable mode-locking in an Yb:YAG laser with a fast SESAM

Stable mode-locking in a diode-pumped Yb:YAG laser was obtained with a very fast semiconductor saturable absorber mirror (SESAM). The pulse width was measured to be 4 ps at the central wavelength of 1047 nm. The average power was 200 mW and the repetition rate was 200 MHz.