Tiến Sĩ Nghiên cứu quá trình hole burning phổ bền vững trong một số vật liệu thủy tinh oxit pha tạp Eu

MỤC LỤC

Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
Danh mục các hình vẽ trong luận án
Danh mục các bảng trong luận án

Đề mục
Trang
Mở đầu . 1
Chương 1: Tổng quan lý thuyết . . 4
1.1 Vật liệu thủy tinh pha tạp đất hiếm . . . 4
1.1.1 Cấu trúc chung của thủy tinh . . . 4
1.1.2 Mô hình mạng ngẫu nhiên . 5
1.1.3 Cấu trúc thủy tinh borate . 8
1.1.4 Cấu trúc thủy tinh aluminosilicate . . 9
1.1.5 Một số tâm điện tử và tâm lỗ trống . . 9
1.2 Tính chất quang của ion Eu 3+
trong thủy tinh . . 15
1.2.1 Các ion đất hiếm tự do . . . . 15
1.2.2 Các ion đất hiếm trong trường tinh thể . 16
1.2.3 Phổ quang học của ion Eu 3+
trong nền thủy tinh 18
1.3 Phương pháp phổ hole-burning . 20
1.3.1 Hiện tượng hole burning . . 20
1.3.2 Một số cơ chế của hiện tượng hole burning 25
1.3.3
1.3.4
Một số kết quả nghiên cứu về vật liệu hole burning
Huỳnh quang vạch hẹp . .
29
30
1.4 Lý thuyết Judd-Ofelt và phương pháp xác định thông số cường
độ các chuyển dời quang học của ion đất hiếm . .
33
1.4.1 Lý thuyết Judd – Ofelt . 33
1.4.2 Tính các thông số cường độ Ω λ từ phổ thực nghiệm 40 6

1.4.3 Phân tích các đại lượng vật lý . . . 42
Kết luận chương 1 . 46

Chương 2: Các phương pháp nghiên cứu sử dụng trong luận án 48
2.1 Phương pháp chế tạo vật liệu thủy tinh . . 48
2.1.1 Qui trình chế tạo thủy tinh Fluoroaluminoborate Na, Ca
pha tạp Eu 3+
. . .

49
2.2 Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc vật liệu . . 51
2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X 51
2.2.2 Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại 51
2.3 Các phương pháp nghiên cứu chất quang của vật liệu . 52
2.3.1 Phương pháp phổ hấp thụ quang học . . 52
2.3.2 Phương pháp phổ quang huỳnh quang, kích thích huỳnh
quang .

53
2.3.3 Phương pháp nhiệt phát quang . 54
2.4 Phương pháp phổ huỳnh quang vạch hẹp và phổ hole burning 55
2.4.1. Thiết bị 55
2.4.2 Thực nghiệm đo phổ FLN và PSHB . . 56
Kết luận chương 2 . 58

Chương 3: Kết quả chế tạo và nghiên cứu cấu trúc, tính chất quang
của vật liệu thủy tinh Fluoroaluminoborate Na, Ca pha tạp ion
Eu
3+ .


60
3.1 Chế tạo và nghiên cứu cấu trúc vật liệu 60
3.1.1 Kết quả chế tạo vật liệu 60
3.1.2 Chiết suất của vật liệu. . 61
3.2 Phân tích cấu trúc vật liệu . 62
3.2.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X . 62
3.2.2 Phổ hấp thụ hồng ngoại 63
3.3 Phổ quang học của ion Eu 3+
trong thủy tinh . . 65
3.3.1 Phổ hấp thụ quang học. . 65
3.3.2 Phổ kích thích huỳnh quang và phonon-sideband 70 7


3.3.3 Phổ quang huỳnh quang .
74
Kết luận chương 3 . 80

Chương 4: Áp dụng lý thuyết Judd – Ofelt xác định thông số cường độ
các chuyển dời quang học của ion Eu 3+
trong vật liệu thủy tinh
Aluminosilicate và Fluoroaluminoborate Na (Ca) pha tạp ion Eu 3+


82
4.1 Các chuyển dời phát xạ đặc trưng của ion Eu
3+
trong vật liệu
thủy tinh NaF.B 2 O 3 .Al 2 O 3 : Eu
3+
, CaF 2 .B 2 O 3 .Al 2 O 3 : Eu
3+
,
Na 2 O.Al 2 O 3 .B 2 O 3 : Eu
3+
và Al 2 O 3 .SiO 2 : Eu
3+
.


83
4.2 Áp dụng lý thuyết Judd-Ofelt . 84
4.2.1 Xác định thông số cường độ Ω 2 , Ω 4 và Ω 6 84
4.2.2 Vai trò của các ion trong mạng nền đối với cường độ
các chuyển dời quang học của ion Eu 3+
. .

87
4.3 Các đặc trưng quang phổ của ion Eu 3+ . 89
4.3.1 Thời gian sống của mức kích thích 5
D 0 . 89
4.3.2 Tỉ số phân nhánh . . 93
4.3.3 Tiết diện ngang phát xạ cưỡng bức . 93
4.3.4 Tỉ số cường độ huỳnh quang . 94
Kết luận chương 4 . 99

Chương 5: Một số kết quả nghiên cứu mới phổ huỳnh quang vạch
hẹp, phổ hole burning và quá trình hole burning của vật liệu thủy
tinh fluoroaluminoborate Na, Ca và aluminosilicate pha tạp ion Eu 3+



101
5.1 Phổ huỳnh quang vạch hẹp của thủy tinh fluoroaluminoborate
Na, Ca và thủy tinh aluminoborate Na pha tạp Eu 3+
101
5.1.1 Các thành phần Stark của mức 7
F 1 và
7
F 2 của ion Eu 3+ 101
5.1.2 Thông số trường tinh thể B 20 , B 22 và B 2 . 105
5.2 Quá trình hole burning của thủy tinh 10Al 2 O 3 .90SiO 2 : Eu
3+
;
16NaF.73B 2 O 3 .8Al 2 O 3 : Eu
3+
và 16CaF 2 .73B 2 O 3 .8Al 2 O 3 : Eu
3+


111
5.2.1 Phổ bền vững hole burning của vật liệu thủy tinh 111
5.2.2 Vai trò của tia X và quá trình hole burning . 117 8

Kết luận chương 5 . . . 123

Kết luận . .

125
Các công trình liên quan đến luận án 127
Tài liệu tham khảo . . 129
Phụ lục 142