專利名稱：基于單色連續(xù)激光測量固體中稀土離子輻射性質的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測量固體中稀土離子輻射性質的方法。
背景技術：
作為重要的戰(zhàn)略資源，稀土在現(xiàn)代工業(yè)中得到了廣泛使用，特別是在高尖端科技領域。我國是稀土資源大國，擁有世界65%的稀土資源，占全球稀土貿易量的90%以上。而目前，占全球稀土金屬貿易量90%以上的我國稀土產業(yè)主要以原料出口為主，我國稀土開采總量大，利用率低。控制稀土出口，加強對稀土性質的研究，提高對稀土的利用率，對我國的稀土資源保護、稀土產業(yè)發(fā)展具有重要的意義。對稀土摻雜材料性質、尤其是光學性質的研究長久以來一直是稀土應用的一個研究熱點。在固體材料中稀土通常以三價態(tài)離子形式存在，一般的三價離子均屬于4f組態(tài)內能級間躍遷，而由于4f電子受到外層電子屏蔽，受周圍環(huán)境影響比較小，三價稀土離子的熒光光譜具有譜線豐富、熒光性質穩(wěn)定、熒光譜線寬度窄等特性。因此，三價稀土離子成為固體激光器以及熒光粉材料設計與研制的關鍵。而稀土離子的能級輻射躍遷性質也成為衡量其熒光特性的一個重要指標。目前，測量三價稀土離子的輻射性質的方法主要有兩種1、可調諧脈沖激光器，即利用匹配的短脈沖激光激發(fā)樣品對應能級，測量該能級熒光的時間分辨光譜。這種方法結構復雜，儀器設備成本高，且一個能級需要一個匹配的波長激發(fā)；2、利用電調制的二極管激光進行激發(fā)實現(xiàn)測量，然而這種方法的局限性在于，紅外二極管激光的波長較長，很多情況下不能有效地激發(fā)稀土離子，尤其對于那些較高的能級，在這個條件下，如何實現(xiàn)有效的激發(fā)并且測量成為一個亟待解決的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的測量稀土離子的輻射性質的方法復雜、以及由于激發(fā)稀土離子的效率低導致測量精度低的問題，從而提供一種基于單色連續(xù)激光測量固體中稀土離子輻射性質的方法?；趩紊B續(xù)激光測量固體中稀土離子輻射性質的方法，它是基于下述硬件系統(tǒng)實現(xiàn)的，所述硬件系統(tǒng)包括一號偏振棱鏡、電光調制器、二號偏振棱鏡、一號透鏡、二號透鏡、光譜儀、探測器、示波器、信號發(fā)生器和激光器；基于單色連續(xù)激光測量固體中稀土離子輻射性質的方法是激光器發(fā)出的連續(xù)激光入射至一號偏振棱鏡，經一號偏振棱鏡提高偏振度后入射至電光調制器的光輸入端，經過高壓電源驅動的電光調制器對偏振方向進行調制后，入射至二號偏振棱鏡，經二號偏振棱鏡偏振消光后入射至一號透鏡，經一號透鏡會聚至待測稀土樣品，并激發(fā)待測稀土樣品產生熒光，所述熒光入射至二號透鏡，經二號透鏡會聚至光譜儀的光接收端，經光譜儀分光獲得熒光信號；信號發(fā)生器產生控制信號，并輸入至高壓電源模塊，高壓電源模塊根據所述控制信號產生高壓電源，用于驅動電光調制器，信號發(fā)生器同時作為示波器獲取波形的觸發(fā)信號源；采用光電探測器探測經光譜儀分光的熒光信號，并將探測信號輸入示波器建立探測結果的衰減曲線；對所述探測結果的衰減曲線進行擬合，獲得稀土離子輻射壽命，并將所述稀土離子輻射壽命作為稀土離子輻射性質結果。采用計算機控制光譜儀旋轉。采用驅動器驅動激光器發(fā)出的連續(xù)激光。高壓電源模塊為高壓直流電源，其電壓調節(jié)范圍是-250V 250V。激光器發(fā)出的連續(xù)激光為連續(xù)釹離子激光。激光器發(fā)出的連續(xù)激光為波長為532nm的連續(xù)激光。有益效果本發(fā)明測量稀土離子的輻射性質的方法復雜度較低，激發(fā)稀土離子的效率較高，稀土離子的輻射性質的測量精度大幅度提高。


圖1是本發(fā)明采用的硬件結構示意圖；圖2是本發(fā)明利用連續(xù)釹離子激光 (532nm)測量IO3 = Er3+的2H9/2能級的輻射性質的時間分辨光譜示意圖；圖3是本發(fā)明利用連續(xù)釹離子激光(532nm)測量IO3 = Er3+的4S3/2能級的輻射性質的時間分辨光譜示意圖；圖 4是本發(fā)明利用連續(xù)釹離子激光(532nm)測量Y2O3 = Ho3+的3D3能級的輻射性質的時間分辨光譜示意圖；圖5是本發(fā)明利用連續(xù)釹離子激光(532nm)測量103:Ηο3+的％/5F4能級的輻射性質的時間分辨光譜示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一、結合圖1說明本具體實施方式
，基于單色連續(xù)激光測量固體中稀土離子輻射性質的方法，它是基于下述硬件系統(tǒng)實現(xiàn)的，所述硬件系統(tǒng)包括一號偏振棱鏡1、電光調制器2、二號偏振棱鏡3、一號透鏡4、二號透鏡6、光譜儀7、探測器8、示波器9、 信號發(fā)生器12和激光器14 ；基于單色連續(xù)激光測量固體中稀土離子輻射性質的方法是激光器14發(fā)出的連續(xù)激光入射至一號偏振棱鏡1，經一號偏振棱鏡1提高偏振度后入射至電光調制器2的光輸入端，經過高壓電源驅動的電光調制器2對偏振方向進行調制后，入射至二號偏振棱鏡3，經二號偏振棱鏡3偏振消光后入射至一號透鏡4，經一號透鏡4會聚至待測稀土樣品5，并激發(fā)待測稀土樣品5產生熒光，所述熒光入射至二號透鏡6，經二號透鏡6 會聚至光譜儀7的光接收端，經光譜儀7分光獲得熒光信號；信號發(fā)生器12產生控制信號，并輸入至高壓電源模塊15，高壓電源模塊15根據所述控制信號產生高壓電源，用于驅動電光調制器2，信號發(fā)生器12同時作為示波器9獲取波形的觸發(fā)信號源；采用光電探測器8探測經光譜儀7分光的熒光信號，并將探測信號輸入示波器9 建立探測結果的衰減曲線；對所述探測結果的衰減曲線進行擬合，獲得稀土離子輻射壽命，并將所述稀土離子輻射壽命作為稀土離子輻射性質結果。采用計算機10控制光譜儀7旋轉。
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采用驅動器13驅動激光器14發(fā)出的連續(xù)激光。高壓電源模塊采用高壓直流電源，其電壓調節(jié)范圍是-250V 250V。激光器14發(fā)出的連續(xù)激光為連續(xù)釹離子激光。激光器14發(fā)出的連續(xù)激光為波長為532nm的連續(xù)激光。本發(fā)明利用電光調制器通過對泵浦激光偏振方向的調制，從而實現(xiàn)對單色連續(xù)激光光強的調制，實現(xiàn)對熒光能級輻射性質的測量，本發(fā)明中一個匹配的激光波長能夠激發(fā)出不同能級的多條熒光譜線，因而，本方法可以實現(xiàn)單一波長激發(fā)測量稀土離子多個能級的熒光輻射性質的方法。本發(fā)明將為測量稀土摻雜固體材料的輻射性質提供嶄新的方向，并為上轉換激光器的設計、共振能量轉移的研究、稀土離子間相互作用的探索奠定基礎。結合圖2至圖5驗證本實施方式的效果圖2是本發(fā)明利用連續(xù)釹離子激光(532nm)測量IO3 = Er3+的2H9/2能級的輻射性質的時間分辨光譜示意圖，測得的2H9/2能級GlOnm)的壽命為60(2) μ s ;圖3是本發(fā)明利用連續(xù)釹離子激光(532nm)測量IO3 = Er3+的4S3/2能級的輻射性質的光譜示意圖， 測得的4Sv2能級(560nm)的壽命為90(2) μ s ；圖4是本發(fā)明利用連續(xù)釹離子激光(532nm) 測量1 : )3+的3D3能級的輻射性質的光譜示意圖，測得的S2/5F4能級(550nm)的壽命為 115(2) μ s ；圖5是本發(fā)明利用連續(xù)釹離子激光(532nm)測量^O3 Ho3+的S2Z^F4能級的輻射性質的光譜示意圖，對比圖4可知,3D3能級(306nm)為雙e指數(shù)衰減，其本征壽命為15(2) μ s，耦合壽命為57(2) μ s為5S2Zf4能級壽命的一半。
權利要求
1.基于單色連續(xù)激光測量固體中稀土離子輻射性質的方法，它是基于下述硬件系統(tǒng)實現(xiàn)的，所述硬件系統(tǒng)包括一號偏振棱鏡(1)、電光調制器O)、二號偏振棱鏡(3)、一號透鏡 (4)、二號透鏡(6)、光譜儀(7)、探測器(8)、示波器(9)、信號發(fā)生器(12)、激光器(14)和高壓電源模塊(1 ；其特征是基于單色連續(xù)激光測量固體中稀土離子輻射性質的方法是: 激光器(14)發(fā)出的連續(xù)激光入射至一號偏振棱鏡(1)，經一號偏振棱鏡(1)提高偏振度后入射至電光調制器O)的光輸入端，經過高壓電源驅動的電光調制器⑵對偏振方向進行調制后，入射至二號偏振棱鏡(3)，經二號偏振棱鏡C3)偏振消光后入射至一號透鏡，經一號透鏡(4)會聚至待測稀土樣品(5)，并激發(fā)待測稀土樣品( 產生熒光，所述熒光入射至二號透鏡(6)，經二號透鏡(6)會聚至光譜儀(7)的光接收端，經光譜儀(7)分光獲得熒光信號；信號發(fā)生器(1 產生控制信號并輸入至高壓電源模塊(15)，高壓電源模塊(1 根據所述控制信號產生高壓電源，用于驅動電光調制器O)，信號發(fā)生器(1 同時作為示波器 (9)獲取波形的觸發(fā)信號源；采用光電探測器(8)探測經光譜儀(7)分光后的熒光信號，并將探測信號輸入示波器 (9)建立探測結果的衰減曲線；對所述探測結果的衰減曲線進行擬合，獲得稀土離子輻射壽命，并將所述稀土離子輻射壽命作為稀土離子輻射性質結果。
2.根據權利要求1所述的基于單色連續(xù)激光測量固體中稀土離子輻射性質的方法，其特征在于采用計算機(10)控制光譜儀(7)旋轉。
3.根據權利要求1或2所述的基于單色連續(xù)激光測量固體中稀土離子輻射性質的方法，其特征在于采用驅動器(1 驅動激光器(14)發(fā)出的連續(xù)激光。
4.根據權利要求3所述的基于單色連續(xù)激光測量固體中稀土離子輻射性質的方法，其特征在于高壓電源模塊(1 采用高壓直流電源，其電壓調節(jié)范圍是-250V 250V。
5.根據權利要求1、2或4所述的基于單色連續(xù)激光測量固體中稀土離子輻射性質的方法，其特征在于激光器(14)發(fā)出的連續(xù)激光為連續(xù)釹離子激光。
6.根據權利要求5所述的基于單色連續(xù)激光測量固體中稀土離子輻射性質的方法，其特征在于激光器(14)發(fā)出的連續(xù)激光為波長為532nm的連續(xù)激光。
全文摘要
基于單色連續(xù)激光測量固體中稀土離子輻射性質的方法，涉及一種測量固體中稀土離子輻射性質的方法，它解決了現(xiàn)有的測量稀土離子的輻射性質的方法復雜、以及由于激發(fā)稀土離子的效率低導致測量精度低的問題。其方法激光器發(fā)出的連續(xù)激光入射先后經一號偏振棱鏡、電光調制器、二號偏振棱鏡、一號透鏡后會聚至待測稀土樣品，激發(fā)待測稀土樣品產生熒光，熒光經二號透鏡會聚至光譜儀，獲得分光光束；采用光電探測器探測分光光束，獲得探測結果，建立探測結果的衰減曲線；對所述探測結果的衰減曲線進行擬合，獲得稀土離子輻射壽命。本發(fā)明適用于固體中稀土離子輻射性質的測量。
文檔編號G01N21/64GK102262080SQ20111010256
公開日2011年11月30日 申請日期2011年4月22日 優(yōu)先權日2011年4月22日
發(fā)明者張治國, 秦峰, 程建敏, 鄭仰東 申請人:哈爾濱工業(yè)大學