专利名称：基于单色连续激光测量固体中稀土离子辐射性质的方法
技术领域：
本发明涉及一种测量固体中稀土离子辐射性质的方法。
背景技术：
作为重要的战略资源，稀土在现代工业中得到了广泛使用，特别是在高尖端科技领域。我国是稀土资源大国，拥有世界65%的稀土资源，占全球稀土贸易量的90%以上。而目前，占全球稀土金属贸易量90%以上的我国稀土产业主要以原料出口为主，我国稀土开采总量大，利用率低。控制稀土出口，加强对稀土性质的研究，提高对稀土的利用率，对我国的稀土资源保护、稀土产业发展具有重要的意义。对稀土掺杂材料性质、尤其是光学性质的研究长久以来一直是稀土应用的一个研究热点。在固体材料中稀土通常以三价态离子形式存在，一般的三价离子均属于4f组态内能级间跃迁，而由于4f电子受到外层电子屏蔽，受周围环境影响比较�。巯⊥晾胱拥挠夤馄拙哂衅紫叻岣�、荧光性质稳定、荧光谱线宽度窄等特性。因此，三价稀土离子成为固体激光器以及荧光粉材料设计与研制的关键。而稀土离子的能级辐射跃迁性质也成为衡量其荧光特性的一个重要指标。目前，测量三价稀土离子的辐射性质的方法主要有两种1、可调谐脉冲激光器，即利用匹配的短脉冲激光激发样品对应能级，测量该能级荧光的时间分辨光谱。这种方法结构复杂，仪器设备成本高，且一个能级需要一个匹配的波长激发；2、利用电调制的二极管激光进行激发实现测量，然而这种方法的局限性在于，红外二极管激光的波长较长，很多情况下不能有效地激发稀土离子，尤其对于那些较高的能级，在这个条件下，如何实现有效的激发并且测量成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明是为了解决现有的测量稀土离子的辐射性质的方法复杂、以及由于激发稀土离子的效率低导致测量精度低的问题，从而提供一种基于单色连续激光测量固体中稀土离子辐射性质的方法。基于单色连续激光测量固体中稀土离子辐射性质的方法，它是基于下述硬件系统实现的，所述硬件系统包括一号偏振棱镜、电光调制器、二号偏振棱镜、一号透镜、二号透镜、光谱仪、探测器、示波器、信号发生器和激光器；基于单色连续激光测量固体中稀土离子辐射性质的方法是激光器发出的连续激光入射至一号偏振棱镜，经一号偏振棱镜提高偏振度后入射至电光调制器的光输入端，经过高压电源驱动的电光调制器对偏振方向进行调制后，入射至二号偏振棱镜，经二号偏振棱镜偏振消光后入射至一号透镜，经一号透镜会聚至待测稀土样品，并激发待测稀土样品产生荧光，所述荧光入射至二号透镜，经二号透镜会聚至光谱仪的光接收端，经光谱仪分光获得荧光信号；信号发生器产生控制信号，并输入至高压电源�？椋哐沟缭茨？楦菟隹刂菩藕挪哐沟缭矗糜谇绻獾髦破鳎藕欧⑸魍弊魑静ㄆ骰袢〔ㄐ蔚拇シ⑿藕旁矗徊捎霉獾缣讲馄魈讲饩馄滓欠止獾挠庑藕牛⒔讲庑藕攀淙胧静ㄆ鹘⑻讲饨峁乃ゼ跚撸欢运鎏讲饨峁乃ゼ跚呓心夂希竦孟⊥晾胱臃涫倜⒔鱿⊥晾胱臃涫倜魑⊥晾胱臃湫灾式峁�。采用计算机控制光谱仪旋转。采用驱动器驱动激光器发出的连续激光。高压电源�？槲哐怪绷鞯缭矗涞缪沟鹘诜段�-250V 250V。激光器发出的连续激光为连续钕离子激光。激光器发出的连续激光为波长为532nm的连续激光。有益效果本发明测量稀土离子的辐射性质的方法复杂度较低，激发稀土离子的效率较高，稀土离子的辐射性质的测量精度大幅度提高。
图1是本发明采用的硬件结构示意图；图2是本发明利用连续钕离子激光 (532nm)测量IO3 = Er3+的2H9/2能级的辐射性质的时间分辨光谱示意图；图3是本发明利用连续钕离子激光(532nm)测量IO3 = Er3+的4S3/2能级的辐射性质的时间分辨光谱示意图；图 4是本发明利用连续钕离子激光(532nm)测量Y2O3 = Ho3+的3D3能级的辐射性质的时间分辨光谱示意图；图5是本发明利用连续钕离子激光(532nm)测量103:Ηο3+的％/5F4能级的辐射性质的时间分辨光谱示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一、结合图1说明本具体实施方式
，基于单色连续激光测量固体中稀土离子辐射性质的方法，它是基于下述硬件系统实现的，所述硬件系统包括一号偏振棱镜1、电光调制器2、二号偏振棱镜3、一号透镜4、二号透镜6、光谱仪7、探测器8、示波器9、 信号发生器12和激光器14 ；基于单色连续激光测量固体中稀土离子辐射性质的方法是激光器14发出的连续激光入射至一号偏振棱镜1，经一号偏振棱镜1提高偏振度后入射至电光调制器2的光输入端，经过高压电源驱动的电光调制器2对偏振方向进行调制后，入射至二号偏振棱镜3，经二号偏振棱镜3偏振消光后入射至一号透镜4，经一号透镜4会聚至待测稀土样品5，并激发待测稀土样品5产生荧光，所述荧光入射至二号透镜6，经二号透镜6 会聚至光谱仪7的光接收端，经光谱仪7分光获得荧光信号；信号发生器12产生控制信号，并输入至高压电源�？�15，高压电源模块15根据所述控制信号产生高压电源，用于驱动电光调制器2，信号发生器12同时作为示波器9获取波形的触发信号源；采用光电探测器8探测经光谱仪7分光的荧光信号，并将探测信号输入示波器9 建立探测结果的衰减曲线；对所述探测结果的衰减曲线进行拟合，获得稀土离子辐射寿命，并将所述稀土离子辐射寿命作为稀土离子辐射性质结果。采用计算机10控制光谱仪7旋转。
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采用驱动器13驱动激光器14发出的连续激光。高压电源�？椴捎酶哐怪绷鞯缭矗涞缪沟鹘诜段�-250V 250V。激光器14发出的连续激光为连续钕离子激光。激光器14发出的连续激光为波长为532nm的连续激光。本发明利用电光调制器通过对泵浦激光偏振方向的调制，从而实现对单色连续激光光强的调制，实现对荧光能级辐射性质的测量，本发明中一个匹配的激光波长能够激发出不同能级的多条荧光谱线，因而，本方法可以实现单一波长激发测量稀土离子多个能级的荧光辐射性质的方法。本发明将为测量稀土掺杂固体材料的辐射性质提供崭新的方向，并为上转换激光器的设计、共振能量转移的研究、稀土离子间相互作用的探索奠定基础。结合图2至图5验证本实施方式的效果图2是本发明利用连续钕离子激光(532nm)测量IO3 = Er3+的2H9/2能级的辐射性质的时间分辨光谱示意图，测得的2H9/2能级GlOnm)的寿命为60(2) μ s ;图3是本发明利用连续钕离子激光(532nm)测量IO3 = Er3+的4S3/2能级的辐射性质的光谱示意图， 测得的4Sv2能级(560nm)的寿命为90(2) μ s ；图4是本发明利用连续钕离子激光(532nm) 测量1 : )3+的3D3能级的辐射性质的光谱示意图，测得的S2/5F4能级(550nm)的寿命为 115(2) μ s ；图5是本发明利用连续钕离子激光(532nm)测量^O3 Ho3+的S2Z^F4能级的辐射性质的光谱示意图，对比图4可知,3D3能级(306nm)为双e指数衰减，其本征寿命为15(2) μ s，耦合寿命为57(2) μ s为5S2Zf4能级寿命的一半。
权利要求
1.基于单色连续激光测量固体中稀土离子辐射性质的方法，它是基于下述硬件系统实现的，所述硬件系统包括一号偏振棱镜(1)、电光调制器O)、二号偏振棱镜(3)、一号透镜 (4)、二号透镜(6)、光谱仪(7)、探测器(8)、示波器(9)、信号发生器(12)、激光器(14)和高压电源�？�(1 ；其特征是基于单色连续激光测量固体中稀土离子辐射性质的方法是: 激光器(14)发出的连续激光入射至一号偏振棱镜(1)，经一号偏振棱镜(1)提高偏振度后入射至电光调制器O)的光输入端，经过高压电源驱动的电光调制器⑵对偏振方向进行调制后，入射至二号偏振棱镜(3)，经二号偏振棱镜C3)偏振消光后入射至一号透镜，经一号透镜(4)会聚至待测稀土样品(5)，并激发待测稀土样品( 产生荧光，所述荧光入射至二号透镜(6)，经二号透镜(6)会聚至光谱仪(7)的光接收端，经光谱仪(7)分光获得荧光信号；信号发生器(1 产生控制信号并输入至高压电源�？�(15)，高压电源�？�(1 根据所述控制信号产生高压电源，用于驱动电光调制器O)，信号发生器(1 同时作为示波器 (9)获取波形的触发信号源；采用光电探测器(8)探测经光谱仪(7)分光后的荧光信号，并将探测信号输入示波器 (9)建立探测结果的衰减曲线；对所述探测结果的衰减曲线进行拟合，获得稀土离子辐射寿命，并将所述稀土离子辐射寿命作为稀土离子辐射性质结果。
2.根据权利要求1所述的基于单色连续激光测量固体中稀土离子辐射性质的方法，其特征在于采用计算机(10)控制光谱仪(7)旋转。
3.根据权利要求1或2所述的基于单色连续激光测量固体中稀土离子辐射性质的方法，其特征在于采用驱动器(1 驱动激光器(14)发出的连续激光。
4.根据权利要求3所述的基于单色连续激光测量固体中稀土离子辐射性质的方法，其特征在于高压电源�？�(1 采用高压直流电源，其电压调节范围是-250V 250V。
5.根据权利要求1、2或4所述的基于单色连续激光测量固体中稀土离子辐射性质的方法，其特征在于激光器(14)发出的连续激光为连续钕离子激光。
6.根据权利要求5所述的基于单色连续激光测量固体中稀土离子辐射性质的方法，其特征在于激光器(14)发出的连续激光为波长为532nm的连续激光。
全文摘要
基于单色连续激光测量固体中稀土离子辐射性质的方法，涉及一种测量固体中稀土离子辐射性质的方法，它解决了现有的测量稀土离子的辐射性质的方法复杂、以及由于激发稀土离子的效率低导致测量精度低的问题。其方法激光器发出的连续激光入射先后经一号偏振棱镜、电光调制器、二号偏振棱镜、一号透镜后会聚至待测稀土样品，激发待测稀土样品产生荧光，荧光经二号透镜会聚至光谱仪，获得分光光束；采用光电探测器探测分光光束，获得探测结果，建立探测结果的衰减曲线；对所述探测结果的衰减曲线进行拟合，获得稀土离子辐射寿命。本发明适用于固体中稀土离子辐射性质的测量。
文档编号G01N21/64GK102262080SQ20111010256
公开日2011年11月30日 申请日期2011年4月22日 优先权日2011年4月22日
发明者张治国, 秦峰, 程建敏, 郑仰东 申请人:哈尔滨工业大学
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