Nd³⁺:YAG是现阶段应用最广泛的商用激光材料，其近红外发光在激光、光纤通讯等领域扮演着重要的角色。用Nd³⁺:YAG激光晶体制成的激光器具有阈值低，能够在室温下进行长脉冲、高重复频率、连续和倍频等操作的优点。虽然Nd³⁺:YAG激光晶体很多方面的性能优良，但是因为Nd³⁺在YAG中分凝系数小（约0.21），掺杂量最多约为1%，使得某些波段的发光效率仍然很低，这就限制了该晶体在应用方面的拓展和多种优良特性的发挥。另一方面，Nd³⁺离子的近红外发射源于它的f-f跃迁，而f-f跃迁是部分禁戒的，通常只有较低的直接激发效率和很长的荧光寿命，不能高效利用光泵能量。鉴于此，本文对Nd³⁺:YAG晶体中掺入Ce³⁺离子敏化剂来提高其红外波段发光效率的可能性进行了探索性研究。选用Ce³⁺离子做敏化剂的原因在于：Ce³⁺离子有效激发态处于5d壳层，基态处于4f壳层，d-f跃迁是偶极允许的，因此Ce³⁺的光吸收能力和荧光发射效率要比基于f-f跃迁的Nd³⁺离子高很多；另外，Ce³⁺离子的发射带与Nd³⁺离子的吸收带有很好的光谱重叠，因此Ce³⁺与Nd³⁺之间可能发生有效的能量传递。本文运用光谱测量、能级图分析及荧光衰减曲线三种手段较细致地研究了Ce³⁺离子向Nd³⁺离子的能量传递作用，发现Ce³⁺离子的敏化作用使Nd³⁺离子788nm红外光发射强度明显增强。首先，在室温条件下，利用日立（Hitachi）F-4500型荧光光谱仪分别对样品4mol%Ce³⁺:YAG和4mol%Ce³⁺，4mol%Nd³⁺:YAG的激发光谱和发射光谱进行了测量。Ce³⁺离子的荧光发射源于它的d壳层能级，由于受到局部晶体场的影响，激发光谱处于紫外波段，发射光谱在500⁶50nm波段范围内显示出一个宽带发射。值得注意的是，Ce³⁺离子的发射光谱和Nd³⁺离子的吸收光谱有很好的重叠。与Ce³⁺:YAG相比，Ce³⁺，Nd³⁺:YAG中Ce³⁺的发射光谱发生明显的变化，原因是Ce³⁺与Nd³⁺离子之间发生了辐射再吸收过程，使得Ce³⁺离子某些波长处（511，530，536，569和587nm）的发光被Nd³⁺离子选择性地吸收了，导致Ce³⁺的发射谱带上出现了许多凹陷，这些凹陷处恰好对应Nd³⁺离子的一些吸收峰。这有力证明了Ce³⁺与Nd³⁺离子之间能量传递的发生。其次，我们利用相同强度的372nm激发光分别激发Nd³⁺:YAG和Ce³⁺，Nd³⁺:YAG晶体，从发射光谱看到，Ce³⁺离子的掺杂使Nd³⁺离子的788nm发光明显增强。为了更好地解释Ce³⁺与Nd³⁺离子之间的能量传递过程，我们利用Ce³⁺离子和Nd³⁺离子的能级图，对两种离子间的能量传递过程以及其他相关的跃迁过程进行了分析。最后，为了进一步验证YAG晶体中Ce³⁺与Nd³⁺离子间能量传递现象的存在，我们测定了Ce³⁺:YAG和Ce³⁺，Nd³⁺:YAG中Ce³⁺离子5d能级的荧光衰减曲线，拟合得到的5d能级寿命分别为87和41ns。由于能量传递的发生，使得敏化剂Ce³⁺离子的5d能级寿命缩短。通过能量传递效率公式计算出能量传递的效率为53%。本文研究结果表明，向Nd³⁺:YAG晶体中适量掺杂Ce³⁺离子敏化剂有助于光泵能量的充分利用和发光效率的提高，此结论对于Nd³⁺:YAG晶体有关的技术应用具有一定参考价值。