Nd_GGG晶体荧光寿命的测试

第 卷 第 期 年 月 光 学 与 光 电 技 木 乙 〔 〔裕 , , 文章编号 一 一 一 晶体荧光寿命的测试 李昌立 孙 晶 蔡红星 长春理工大学理学院 , 长春 张喜和 摘要 针对 激光器 , 介绍 了荧光寿命测试原理 , 设计 了低频窄脉宽荧光寿命测试 系统 。 该 系统 由光源 、光路系统 、驱动 和探测 系统等几部分组成 。 利 用脉冲取样技术刚试 了 晶体的荧光寿命约为 衅 左右 。 关键词 晶体 荧光寿命 脉冲取样技术 低频窄脉宽 中图分类号 文献标识码 引 言 荧光是分子吸收能量后其基态 电子被激发到 单线激发态后 由第一单线激发态 回到基态时所发 生的 , 荧光寿命〔‘ , 〕是指分子在单线激发态平均停 留的时间 , 是表征激发态分子辐射驰豫过程的重要 参数之一 , 是表征能量转移 、能级 自发跃迁几率 、量 子效率等的重要物理参数 , 是衡量激光质量优 劣的一项重要指标 , 是器件设计中必不可少的一个 重要参数 , 对它的研究可以为受激分子运动变化的 微观途径及其动力学研究提供重要信息 。 近年来由于激光二极管 技术的进步 , 使 得 激光晶体优异的激光特性在全固化高 功率激光器中倍受重视 , 有着远高于钦 玻璃的机械强度 、 热导率 , 可以实现晶体的快速冷 却 , 同时还具有很高的激光效率 , 转换效率为钦玻 璃的 倍〔 , ‘口。 还被美国 国家实验室选为 固体热容激光武 器的激光工作介质 。 为此我们 自行设计 了 激光晶体的荧光寿命测试系统 , 并测得了该 晶体的荧光寿命 。 波长稍长的光 。 如果这种跃迁发生在激发态单态 和基态单态之间 , 则属于量子力学允许的跃迁 , 辐 射的光称为荧光 如果跃迁发生在激发态三重态和 基态之间 , 则属于量子力学“ 禁戒 ”跃迁 , 辐射的光 称为磷光 。 荧光体在激发光的激发下 , 开始处于激发态的 粒子较多 , 发出的荧光较强 , 随着时间的推移 , 激发 态的粒子数越来越少 , 发光也越来越弱 。 这种发光 强度下降的过程称为发光衰减 。 当分子的荧光强 度降到激发时最大强度的 。 所需要 的时间称为 该荧光物种在测定条件下 的荧光寿命 , 常用 表 示 。 图 为荧光强度随时间衰减的曲线 , 图中 为初始态 一 时的荧光强度 , 表示荧光强度 随时间的变化函数 。 由于荧光很弱 , 在背景光下很 容易被湮没 , 再者探测器没有频谱分析特性 , 所 以 必须把激发和探测分开交替进行 。 荧光寿命测试原理 当某种物质被激发光激发后 , 该物质的分子吸 收能量后从基态跃迁到激发态 。 停止激发后 , 再以 辐射跃迁或交叉驰豫 非辐射跃迁 的形式在很短 的时间内自发跃迁回到基态 , 同时辐射出比激发光 图 荧光强度衰减曲线 收稿 日期 一 一 收到修改稿 日期 一 一 作者简介 李昌立 一 , 男 , 博士研究生 , 讲师 , 主要从事光学与激光器件的研究 。 一 , 第 期 李昌立 等 抓 晶体荧光寿命的测试 图 为激发一探测时序图 , 其中脉冲“ ”为 驱动脉冲 , 而脉冲“ 。”为探测器探测脉冲 , 这样 , 就 将激发源和荧光很好地分离开了 。 图 激发 一探测时序图 荧光寿命测试 系统设计及 晶体荧光寿命测试 荧光寿命测量 , 激发光源不同所用的也不 一样 。 对于连续激光光源 , 可用相调制技术 , 称为 “频域法 ” , 对 于脉 冲激 发 源 , 可 用 时 间相 关 单 光 子 计 数 法 一 , , 或闪频技术 , 也称 为脉 冲取样技术 , 。 除了上述三种主要 的荧光寿命测定方法外 , 条纹相机法 和上转换发 等近年 来也颇受人们关注圈 。 根据实际测试要求及实验室现有的条件 , 我们 采用的是脉冲取样技术 。 其测试系统原理如图 所示 , 它主要由光源 、光路系统 、驱动电路和探测系 统等四部分组成 。 发出的脉冲光 , 经透镜会 聚后照到晶体上 , 同时 电源发 出的脉冲信号 经反向器反 向后送到探测器 , 驱动探测器 , 保证光 激发与光探测完全分开 , 这样可以避免激发光给探 测带来的影响 。 为 了避免少许激发光对探测 的影 一 响 , 在探测 口处放有滤光片 , 晶体所发 出的荧光经 滤光片滤除激发光后由探测器探测 , 然后通过示波 器观测 。 同时 , 采用低频窄脉宽的激发光信号 , 这 , 样既可以减少激发光对荧光测量的影响 , 又可以避 免荧光交叠现象的发生 。 根据实验室现有 的条件及 的吸收特性 在 。 拼 左右有一吸收带 , 如图 所示 , 选用的光源为绿光的 峰值波长在 。 拜 左右 , 带宽约 拌 左右 。 为了获得较强的样 品激发荧光信号 , 采用 阵列和透镜会聚的形 式 。 电源是 阵列的驱动器 , 其工作频率 为 , 脉冲宽度为 拜 。 光路系统由会聚透镜 、载物台 、滤光片 、吸收池 等组成 。 该部分有三个方面的作用 一是增加激发 光的光功率密度 二是样品经激发后发出的荧光中 仍含有激发光成分 , 经过滤光片滤掉其中的激发光 成分 , 可排除它对荧光寿命测试的影响 , 提高测试 精度 三是隔除外界背景光 , 避免由背景光给测试 带来的影响 。 闪的一 一 之补切﹄。叫 尽匕 刀 自 一 图 荧光寿命测试装置 图 在 。 产 左右的吸收带 拼 探测系统由探测器和示波器组成 , 这是系统的 核心部分 。 探测器是用来采集样品被激发出的荧 光信号 , 并将其转化为电信号 。 在这里 , 应注意根 据样品中掺杂离子的种类来选用不同响应波段的 探测器 , 根据掺 的激发光谱波段 , 我们选用光 电二极管作为探测器 。 而示波器将脉冲荧光信号 以二维曲线的形式显示出来 , 其纵坐标对应着荧光 的相对强度 , 横坐标则对应荧光的衰变时间 。 测试的 晶体的荧光寿命曲线如图 所示 。 从图中可 以看出 , 荧光强度降到激发时最 大强度的 。 时 即纵坐标的 点 , 该晶体的荧光 寿命即为图中 点横坐标的所对应 的时间 , 其相 应值为 群 左右 。 光 学 与 光 电 技 术 第 卷 低频窄脉宽晶体的荧光寿命测试系统 , 首次采用脉 冲取样技术测试了 晶体的荧光寿命 , 取 得了较好的测试结果 。 该装置结构简单 , 实用性较 强 , 非常适用 于掺杂离子 晶体材料荧光 寿命的 测试 。 八 、︵。︶、 ,忿。一 刁一一」山厂一冬 料 参 考 文 献 王文韵 , 余荧宁 , 于华 分子和离子的荧光寿命测量和 研究 〕激光杂志 , , 一 王建岗 , 杨松莉 , 王桂英 , 等 超快荧光光谱的光谱特 性和时间特性的研究 中国激光 , , 张思远 稀土激光晶体及其发展〔〕人工晶体学报 , , 李成 , 曹余惠 掺 , 十 激光晶体性能评述 〕激光与 红外 , , 一 房喻 , 王辉 荧光寿命测定的现代方法与应用 化 学通报 , , ﹁刁﹁刁勺孟﹄九一﹂厂 图 仁 晶体的荧光衰减曲线 二 汇心 结 论 针对 固体热容激光器所使用 的 晶 体 , 介绍了荧光寿命的测试原理 , 自行设计了一套 吧一 吧 一 , , , , 加 伪 物 〔兀 , , , 、 , 巴 讯 邓 产 馆 盯 叨。 二以二 公飞公淡 赴写蛋染蕊孟毖聋盛基尝攀 输茱缓减蛋孟缓盛撼剐减浮鱿唠只瑞拐缓践监 鉴掇盆觉能基蕊簇公写军九之发君线跄以写盛拭或线 瑞震辉任嗯泛撼点形三撼气沼名荡成缓共公续发 渡奋义拐共公寡蕊孟 上接第 页 , , , 助 , , , 比 , , 飞 眼 ” , , 昭 , 路 , ” , , 一 呢 。找 谬