1 中国科学技术大学 中国科学院微观磁共振实验室，安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学物理学院 物理系，安徽 合肥 230026
过渡金属（TM）激活离子由于在近红外发光、红外激光、荧光转化的白光LED、荧光温度计、余辉发光等方面的优异性能和应用潜力而被广泛研究。TM离子在固体中可占据八配位、六配位、四配位等多种配位格位，可呈现多种价态且光跃迁性质强烈依赖于晶体环境，因此TM离子在固体中的发光中心确定、发光机理理解和性能预测存在困难。本文通过第一性原理计算探索固体中TM离子的热力学和光跃迁性质。内容包括：通过对各种化学氛围下形成能的计算结果，分析基质的本征缺陷以及TM离子占位、价态、分布和浓度；理解不同晶体环境中TM离子的各激发态和能级结构；构建位形坐标图分析激发、弛豫、发射及猝灭过程；提出通过合成氛围、共存条件和离子共掺等方式调控或优化TM离子的占位、价态和光跃迁的方案。本文以若干具有代表性的体系为依托，展示了如何运用第一性原理计算手段进行掺TM离子固体发光材料的研究。具体所涉及的代表体系和研究内容为：Ti∶Al2O3激光晶体中红外残余吸收机理及其减弱或尽可能消除的方法，典型尖晶石和石榴石基质中Mn2+、Mn3+、Mn4+的占位和激发、弛豫、发射等光跃迁性质，固溶氧化物基质中铬离子的占位、价态及相应的光跃迁性质等，表明第一性原理计算可用于发光材料的机理研究、理性设计和优化。
过渡金属离子 光跃迁 第一性原理计算 transition metal ions optical transitions first-principles calculation
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所 安徽省光子器件与材料重点实验室，安徽 合肥 230031
2 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230031
3 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
4 安徽工业大学 数理科学与工程学院，安徽 马鞍山 243002
采用提拉法生长了质量优良的Yb∶GdScO3晶体，对样品的X射线粉末衍射进行了Rietveld精修，给出了晶体计算密度及掺杂浓度。Yb3+的有效分凝系数计算为1.04。室温下测量了其吸收光谱、发射光谱和荧光寿命，首次计算了GdScO3基质中Yb3+的吸收、发射振子强度、谱线强度、跃迁概率、能级寿命和积分发射截面等重要光谱参数，对其激光性能进行了初步评估。结果表明，Yb∶GdScO3易于输出1 030 nm和1 060 nm波段附近的激光，而对于1 000 nm附近的激光输出则只有在高粒子数反转情况下才可能实现。
Yb∶GdScO3 吸收光谱 发射光谱 光跃迁 Yb∶GdScO3 absorption spectrum emission spectrum optical transition
1 山西大学光电研究所 量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
在87Rb冷原子系综中,利用自发Raman散射过程实现了光与原子纠缠。通过选择两个不同的跃迁频率的读光对存储的自旋波进行读出,在两种不同读光频率下测量了读出效率以及Bell参数S值。结果发现在读光功率相同的条件下其中一种读光频率的读出效率为18％,Bell参量S值为2.68。另一种读光频率的读出效率达到38％,Bell参量S值为2.5。本文的研究成果为产生高质量的光与原子纠缠源提供了实验基础。
自发拉曼散射 冷原子系综 光与原子纠缠源 读光跃迁频率 Spontaneous Raman Scattering(SRS) cold atomic ensemble entanglement of light and atom readout transition selection
三明学院 机电工程学院, 福建 三明 365004
在有效质量近似下, 计算了盘形量子点中离子施主束缚激子的结合能、光跃迁能、振子强度及辐射寿命.设盘形量子点由有限长的柱形ZnO材料组成, 四周被MgxZn1－xO包围, 离子施主局域在盘轴.考虑了由于自发极化和压电极化引起的内建电场效应, 并在有限深约束势下采用合适的变分波函数进行.计算结果表明, 量子盘结构参数(盘高度及垒中Mg组分)和离子施主的位置对离子施主束缚激子的结合能、光跃迁能、振子强度及辐射寿命有强烈的影响.随着盘高度的增加, 结合能、光跃迁能和振子强度减小, 而辐射寿命增加.对含Mg量较高的盘形量子点, 盘高度对结合能、光跃迁能、振子强度及辐射寿命的影响更显著.当施主杂质位于量子点的左界面附近时结合能(光跃迁能)有极大(极小)值, 而当施主杂质位于量子点的右界面附近时结合能(光跃迁能)有极小(极大)值.
ZnO量子点 离子施主束缚激子 结合能 光跃迁能 振子强度 辐射寿命 ZnO quantum dot Ionized donor bound exciton Binding energy Optical transition energy Oscillator strength Radiative lifetime
河南师范大学 物理与信息工程学院,河南 新乡 453007
在有效质量近似和变分原理的基础上,考虑量子点的三维约束效应和内建电场,研究了ZnO/MgxZn1-xO耦合量子点中激子结合能、带间光跃迁能以及电子-空穴复合率随量子点结构参数(量子点高度和势垒层厚度)的变化。结果表明:激子结合能、带间光跃迁能和电子-空穴复合率随量子点高度或势垒层厚度的增加而降低。
量子点 激子结合能 带间光跃迁能 电子-空穴复合率 coupled quantum dots exciton binding energy transition energy recombination rate
1 内蒙古大学理工学院物理系,呼和浩特,010021
2 内蒙古师范大学物理系,呼和浩特,010022
利用波恩公式近似建立了应变与介电常量的定量关系.考虑应变对介电常量、有效质量、晶格常量(体积)等诸多物理量的影响,用变分法计算了静压下Zn1-xCdxSe/ZnSe窄量子阱中激子结合能和光跃迁能量随压力的变化.理论计算结果与其他作者的实验和理论结果进行了比较和讨论.
静压 量子阱 介电常量 有效质量 激子 光跃迁
1 内蒙古大学理工学院,物理系,内蒙古,呼和浩特,010021
2 内蒙古师范大学,物理系,内蒙古,呼和浩特,010022
考虑压力下势垒高度、激子结合能的改变等诸多因素的影响后数值研究了Ⅱ-Ⅵ族ZnCdSe/ZnSe量子阱重空穴激子的跃迁能量和压力系数,特别是压力系数随阱宽的变化规律.计算表明在SCPA近似下跃迁能量的计算与实验值吻合较好,而在压力系数的计算中必须计及材料的体积弹性模量随温度和压力的变化.证实了ZnCdSe/ZnSe量子阱重空穴激子的压力系数随阱宽增大而减小的结论.
光学 量子阱 激子 光跃迁 压力系数 静压
光谱学与波谱学教育部重点实验室,华东师范大学物理系,上海,200062
运用半经典理论,在Pr3+:YSO晶体Pr离子(E)-型三能级系统中,求解了探测光吸收在不同光跃迁驰豫速率与自旋跃迁驰豫速率下的瞬态及稳态解,得到了电磁感应透明现象,分析了两种驰豫对电磁感应透明的影响,从而揭示了掺稀土离子晶体中电磁感应透明对温度的依赖性.
掺稀土离子晶体 电磁感应透明 光跃迁驰豫速率 自旋跃迁驰豫速率
中国科学院半导体研究所集成光电子学国家联合实验室半导体所实验区, 北京 100083
研究了Si1-xGex合金半导体中无声子参与光跃迁的产生机制，对由杂质无规分布引起的无声子参与光跃迁给出了一个物理模型。用此模型计算了光跃迁偶极矩，给出了跃迁偶极矩的上限。提出了未掺杂Si1-xGex合金半导体中无声子参与光跃迁的一种跃迁机制，认为是Ge原子周围波函数畸变的集体行为。
锗硅合金半导体 光跃迁
