【正文】 另外要感謝材化學(xué)院韓文濤同學(xué)對(duì)我的幫助，在解決雙穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生原因中有關(guān)物相變化的部分提供了寶貴的意見。在我遇到困難時(shí)，我的同學(xué)們也給予了我極大地幫助。同時(shí)李老師對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度讓我在課題完成過(guò)程中受益頗多。特別是在實(shí)驗(yàn)方面，李老師多次給予幫助，讓我從中得到了許多科學(xué)實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)。s. Thermal radiation the second law[J].Energy, 2010, 35(2): 679691[18] Shawn M. Redmond. luminescent instabilities and nonradiative processes in rare earth systems[D]. USA: The university of Michigan, 2003.[19] X. L. Ruan, M. Kaviany. Enhanced nonradiative relaxation and photoluminescence quenching in random, doped nanocrystalline powders[J]. Applied Physics Letters, 2005, 97(10): 10631071.[20] Shawn M. Redmond. Luminescent instabilities and nonradiative processes in rare earth systems [D]. USA: The university of Michigan, 2003.[21] 黃昆. 固體物理[M]. 高等教育出版社, 1988, 143.[22] 秦允豪. 熱學(xué)[M]. 高等教育出版社, 2001, 309.[23] Shawn M. Redmond. Luminescent instabilities and nonradiative processes in rare earth systems [D]. USA: The university of Michigan, 2003.[24] 黃昆. 固體物理[M]. 高等教育出版社, 1988, 122.致 謝本論文是在李立副教授認(rèn)真指導(dǎo)下完成的。 Sons, 2007.[3] 徐恒, 韓義忠, 楊永軍. 黑體輻射源的發(fā)展[J]. 測(cè)量技術(shù), 2009, 29(5): 13.[4] 張立德, 牟季美. 納米材料和納米結(jié)構(gòu)[M]. 科學(xué)出版社, 2002. 12[5] 翁國(guó)慶, 孫晉偉, [J]. 稀有金屬與硬質(zhì)合金, 2005, 33(3): 5155.[6] M. S. Gudiksen, L. J. Lauhon, J. Wang, D. C. Smith. Growth of nanowire superlattice structures for nanoscale photonics and electronics[J]. Applied Physics Letters, 2004, 84(21): 41764178.[7] 張建奇, 方小平. 紅外物理[M]. 西安電子科技大學(xué)出版社, 2004, 91.[8] C. Y. Philip, D. S. William. Nanometer scale multilayered hard coatings[J]. Vacuum, 1999, 55(3): 179190.[9] S. M. Redmond, S. C. Rand, Bistable emission of a blackbody radiator[J]. Applied Physics Letters, 2004, 85(23), 55175519.[10] J. Costa. P. Roura, J. R. Morante, and E. Bertran, Blackbody emission under laser excitation of silicon nanopowderproduced by plasmaenhanced chemicalvapor deposition[J]. 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Bj246。對(duì)于雙穩(wěn)態(tài)發(fā)生時(shí)伴隨著產(chǎn)生的樣品固液相變做了簡(jiǎn)要和分析。論文分析黑體輻射雙穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生的原因，通過(guò)采集樣品的透射溫度，獲得了黑體輻射強(qiáng)度隨激光器工作電流的變化規(guī)律，得到驗(yàn)證了黑體輻射雙穩(wěn)態(tài)。并采用使用了雙溫度參數(shù)擬合法，獲得了10001800nm光譜輻射溫度與激光器激發(fā)功率之間的關(guān)系。詳細(xì)分析和討論了實(shí)驗(yàn)得到結(jié)果，獲得的主要研究結(jié)果如下：用激光器激發(fā)Yb，Tm共摻氧化鋯獲得的其輻射譜，通過(guò)黑體輻射和灰體輻射的擬合，分別得到黑體輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的變化規(guī)律和灰體輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的變化規(guī)律判斷出課題實(shí)驗(yàn)獲得的輻射源可以近似認(rèn)為是黑體。結(jié)合上述結(jié)論，課題認(rèn)為黑體輻射雙穩(wěn)態(tài)的產(chǎn)生原因是摻雜物質(zhì)的的無(wú)輻射躍遷量子效率、輻射躍遷量子效率及樣品熱導(dǎo)率隨溫度變化共同作用的結(jié)果。 本章小結(jié)本章主要從理論入手，分析黑體輻射雙穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生的原因，并且展示了實(shí)際的測(cè)量結(jié)果，獲得了黑體輻射強(qiáng)度隨激光器工作電流的變化規(guī)律，得到了雙穩(wěn)態(tài)。這樣的過(guò)程改變了樣品的結(jié)構(gòu)，可以看到結(jié)構(gòu)的改變。這一過(guò)程延續(xù)到跳變過(guò)程，反射率和相變就是發(fā)生跳變之后造成溫度有較小的降低的原因。其次，在受激光輻射區(qū)域，晶態(tài)向液態(tài)變化時(shí)，由于樣品上的反射面積大大減小，導(dǎo)致反射率降低。在發(fā)生黑體輻射雙穩(wěn)態(tài)的過(guò)程中，產(chǎn)生了兩個(gè)重要的過(guò)程。我們發(fā)現(xiàn)突變之后，有一個(gè)交小的下降。證明了論文提到的黑體輻射雙穩(wěn)態(tài)理論的正確性。隨著工作電流的增大，黑體輻射強(qiáng)度突然增大，這一突變正是量子效率突變帶來(lái)的。根據(jù)產(chǎn)生的溫度，結(jié)合斯蒂芬—波爾茲曼黑體輻射公式即公式（）得到樣品產(chǎn)生的黑體輻射強(qiáng)度。因此采用樣品投射溫度的變化同樣可以表示黑體體輻射強(qiáng)度的變化規(guī)律。雙穩(wěn)態(tài)的上升曲線可以明顯的看到跳變過(guò)程，這正是由于溫度達(dá)到了發(fā)光量子效率的非線性突變的閾值溫度，輻射躍遷量子效率產(chǎn)生突變，構(gòu)成了雙穩(wěn)態(tài)。圖中還標(biāo)出了上升和下降。處理數(shù)據(jù)時(shí)無(wú)論使用801nm處的輻射強(qiáng)度，還是使用其他波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都可以反應(yīng)黑體輻射強(qiáng)度變化趨勢(shì)。在測(cè)量過(guò)程中，考慮到溫度變化的要滯后于輻射的變化，隨意每次改變工作電流，都要等溫度探測(cè)器探測(cè)到的溫度基本穩(wěn)定時(shí)才能記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在飽和穩(wěn)定后，保持樣品和工作電流不變，開始測(cè)量下降段。產(chǎn)生黑體輻射后不斷增加電流強(qiáng)度，測(cè)量樣品的透射溫度。 黑體雙穩(wěn)態(tài)測(cè)量裝置測(cè)量時(shí)，樣品產(chǎn)生熒光輻射。黑體輻射過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，而溫度恰好可以描述熱量的變化過(guò)程。處理數(shù)據(jù)時(shí)，將掃描得到的黑體輻射譜中801nm（Tm的激發(fā)波長(zhǎng)）處的輻射強(qiáng)度作為表示黑體輻射強(qiáng)度的值。當(dāng)?shù)竭_(dá)8000K時(shí)變化變得緩慢。因?yàn)槭苤髁Ｗ拥妮椛淞孔有时旧砭痛嬖跍囟纫蕾?，因此稀土材料的黑體輻射雙穩(wěn)特性是本征的。 輻射量子效率對(duì)雙穩(wěn)曲線的影響若不考慮輻射躍遷量子效率的溫度依賴，而將其看做是常數(shù)，即qr(T)是常數(shù)（qr(T)1），則不會(huì)產(chǎn)生黑體輻射的雙穩(wěn)曲線。聲子是產(chǎn)生熱輻射的能量量子。無(wú)輻射躍遷效率隨溫度的突然變化，表現(xiàn)為達(dá)到某一值后，隨著溫度的降低，無(wú)輻射躍遷效率有緩慢增加的過(guò)程，隨后在增大輸入強(qiáng)度，雖然只是一點(diǎn)變化無(wú)輻射躍遷效率都會(huì)有很大的增加。輻射躍遷效率在4000K的時(shí)候開始下降，并且下降速度很快。 () () 無(wú)輻射躍遷效率的溫度依賴 輻射躍遷效率的溫度依賴當(dāng)溫度達(dá)到一定值時(shí)，無(wú)輻射躍遷量子速率及輻射躍遷量子效率會(huì)發(fā)生劇烈的改變，可知受主粒子本身的輻射量子效率存在著強(qiáng)烈的溫度依賴特性。在摻雜系統(tǒng)中，Tm離子是受主離子，它的依賴于溫度的輻射性質(zhì)是樣品具有黑體輻射雙穩(wěn)態(tài)的重要原因。隨著溫度的升高，物體產(chǎn)生的輻射強(qiáng)度單調(diào)增加。這一章節(jié)將介紹黑體輻射雙穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生的原因，并研究雙穩(wěn)態(tài)的輻射特性。并且輻射點(diǎn)源產(chǎn)生的輻射溫度隨著激光器的激發(fā)功率增加非線性增加。最后，使用了雙溫度參數(shù)擬合法，獲得了紅外波段部分輻射溫度與激光器激發(fā)功率之間的關(guān)系。 由維恩定律獲得的輻射溫度與激光器功率的關(guān)系 本章小結(jié)本章首先通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的輻射譜，通過(guò)黑體輻射和灰體輻射的擬合，判斷出課題實(shí)驗(yàn)獲得的輻射源可以近似認(rèn)為是黑體。隨著激發(fā)功率的不斷增加，樣品的溫度增加呈現(xiàn)出非線性的關(guān)系。 將由光譜儀掃描得到的輻射強(qiáng)度相對(duì)值峰值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，帶入維恩位移公式，即： ()可以得到輻射溫度。作出散點(diǎn)圖， 輻射溫度隨激光激發(fā)功率的變化規(guī)律，輻射溫度關(guān)于激發(fā)功率的變化趨勢(shì)基本屬于線性關(guān)系，即隨著激光器激發(fā)功率的不斷增加，輻射溫度線性增加。然后利用激光器工作電流對(duì)應(yīng)的激發(fā)功率，作出輻射溫度關(guān)于激發(fā)功率變化的擬合圖像。輻射源產(chǎn)生的輻射強(qiáng)度變化并不明顯，得到的溫度變化相對(duì)也較小。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示出的比值基本符合擬合曲線的變化規(guī)律。橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)為對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)輻射強(qiáng)度相對(duì)值的比值。由10001800nm測(cè)量的輻射光譜數(shù)據(jù)，根據(jù)上述雙溫度參數(shù)擬合法對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。結(jié)合普朗克黑體輻射公式可得到含有兩個(gè)參數(shù)的黑體輻射關(guān)系式，即 ()課題稱這種測(cè)量方法為雙溫度參數(shù)擬合法。假定在溫度和下實(shí)驗(yàn)測(cè)量的兩組熱輻射譜分別為和，有如下的關(guān)系： () ()對(duì)于同一樣品，我們可以認(rèn)為表面吸收系數(shù)和光譜發(fā)射功率基本相同，同一個(gè)實(shí)際物體在兩個(gè)不同溫度下所測(cè)量的熱輻射譜之比等于兩個(gè)溫度對(duì)應(yīng)的絕對(duì)黑體輻射譜之比。由上可知，使用該方法（暫稱之為“單溫度參數(shù)擬合法”）標(biāo)定實(shí)際物體熱輻射的黑體色溫有如下缺點(diǎn)：（1）需要標(biāo)定測(cè)量系統(tǒng)的光譜響應(yīng)，并對(duì)熱輻射譜進(jìn)行能譜校正；（2）無(wú)法確定實(shí)際物體的光譜發(fā)射率，因此不能得到對(duì)應(yīng)絕對(duì)黑體輻射譜；（3）直接使用普朗克黑體輻射公式擬合實(shí)際物體的校正輻射譜，不能獲得完美的擬合結(jié)果，差異明顯，誤差較大。當(dāng)使用同溫度T下的黑體輻射公式去擬合修正的熱輻射譜時(shí)，通常不會(huì)擬合的非常完美，因?yàn)楣庾V發(fā)射率通常不是常數(shù)。通常光譜發(fā)射率是溫度和輻射波長(zhǎng)的函數(shù)，在一定范圍內(nèi)變化，而且小于1。例如，某一光源經(jīng)該測(cè)量系統(tǒng)探測(cè)的光譜為，則該光源對(duì)應(yīng)的絕對(duì)輻射譜可經(jīng)如下儀器校正獲得，即 ()通常，由于光譜儀器、探測(cè)器等測(cè)量單元裝置的光譜響應(yīng)不平坦，會(huì)造成測(cè)量光譜的能量分布和絕對(duì)輻射譜有較大的差異，因此必須要進(jìn)行輻射譜校正（或稱為能譜校正）。假定測(cè)量系統(tǒng)的光譜響應(yīng)為，鎢絲燈的標(biāo)準(zhǔn)輻射譜為，鎢絲燈的儀器測(cè)量譜為，則有如下關(guān)系， ()因此，如果已知標(biāo)準(zhǔn)輻射譜，就可以獲得測(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)譜，標(biāo)準(zhǔn)燈的絕對(duì)輻射譜可以有制造商提供，或者到國(guó)家的計(jì)量檢定測(cè)試機(jī)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)定。為同溫度下的絕對(duì)黑體輻射。 ()通常光譜發(fā)射率是溫度和輻射波長(zhǎng)的函數(shù)，在一定范圍內(nèi)變化，而且小于1。同溫度下，黑體的表面輻射能力最強(qiáng)，實(shí)際物體的表面輻射