Er~(3+)和Yb~(3+)/Er~(3+)掺杂对石英光纤中倍频的影响

实验研究了掺Er~(3+)和Yb~(3+)/Er~(3+)石英光纤中的倍频过程.测量了不同Er~(3+)和Yb~(3+)/Er~(3+)掺杂量的光纤倍频转换效率和光纤倍频预处理前后Er~(3+)发射可见荧光的强度,探讨了Er~(3+)和Yb~(3+)掺杂对光纤中倍频过程的影响.     

关于Yb~(3 )、Er~(3 )掺杂的氟化物红外激发的可见发光激发机理

掺有Yb~(3 )和Er~(3 )的晶格,经红外线(970nm)激发能产生绿色和红色发光。由365nm和970nm激发的发射光谱和由350nm到500nm激发的绿色和红色发光的激发光谱得到关于红外激发的可见发光的激发机理的情况。证明一些Yb~(3 )、Er~(3 )掺杂的氟化物具有高的红外向可见光转换效率。     

X射线激发深层肌体温度传感材料La_2O_2S∶Yb~(3+),Er~(3+)的测温性质研究

Yb~(3+)、Er~(3+)共掺杂上转换发光材料能被红外光激发,可用于肌体内部温度测量,但上转换材料效率较低,无法实现较深组织温度探测。考虑到Er~(3+)能级可被多种光源布居,较好肌体穿透性的X射线无疑是理想的激发源。本文首次报道了一种新型的深层肌体温度传感材料La_2O_2S∶Yb~(3+),Er~(3+)。数据表明,X射线激发下,在不同温度下的两个绿光发射强度比符合玻尔兹曼分布,最高测温灵敏度达到了0.011 5 K~(-1)。我们相信Yb~(3+)、Er~(3+)共掺的La_2O_2S是可以应用于临床的理想测温材料。     

Er3+单掺、Er3+/Yb3+共掺杂Ca12Al14O32F2的 制备及上转换发光性质

利用高温固相法成功制备了Er~(3+)单掺、Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂Ca_(12)Al_(14)O_(32)F_2上转换发光样品。在980 nm激光激发下,Er~(3+)单掺和Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂样品均呈现出较强的绿光(528,549 nm)和较弱的红光(655 nm)发射,分别归因于Er~(3+)离子的~2H_(11/2),~4S_(3/2)→~4I_(15/2)和~4F_(9/2)→~4I_(15/2)能级跃迁。随着Er离子浓度的增加,单掺杂样品上转换发光强度先增大后减小,最佳掺杂浓度为0.8%。共掺杂Yb~(3+)后,Er~(3+)的发光强度明显增大。还原气氛下合成的样品上转换发光强度增大约两倍,可能和笼中阴离子基团变化有关。发光强度和激发光功率的关系表明所得上转换发射为双光子吸收过程,借助Er~(3+)-Yb~(3+)体系能级结构详细讨论了上转换发射的跃迁机制。     

Tm~(3+)/Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂的镓锗酸盐玻璃光谱性能及能量传递

采用熔融淬冷法制备得到透明的Tm~(3+)/Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂镓锗钠玻璃。对比研究了808 nm和980 nm激发下Tm_2O_3含量对样品可见-红外光学光谱特性的影响。结合稀土离子能级结构,分析了Tm~(3+)、Er~(3+)和Yb~(3+)离子之间的能量传递机制。结果表明:在808 nm和980 nm的激发下,Tm~(3+)/Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂样品中均观察到了473,655,521,544 nm的蓝、红和绿光。在808 nm激发下,随着Tm~(3+)浓度的增加,Tm~(3+):1 800 nm和Er~(3+):1 530 nm发射强度的比率I1.8/I1.53逐渐增大。由于在Tm~(3+)和Er~(3+)间的能量传递有效地改变了红光和绿光的发射强度,473,521,655 nm的发光强度呈现先升高再降低的趋势,在Tm_2O_3掺杂摩尔分数为0.3%时达到最大值。而在980 nm激发下,由于Yb~(3+)对Er~(3+)和Tm~(3+)的能量传递起主要作用,使得其上转换红光(655 nm)、绿光(521 nm和544 nm)和蓝光(473 nm)的发光强度高于808 nm激发下的上转换发光。     

在Yb~(3 ),Er~(3 )掺杂的氟化物中基质晶格对红外激发的可见发光的影响

业已发现Yb~(3 ),Er~(3 )掺杂的氟化物红外激发的可见发光,其发射强度和颜色有很大的变化。本文讨论了在不同晶格中和Yb~(3 ),Er~(3 )离子环境有关的发光数据。     

Er~(3+)/Tm~(3+)/Yb~(3+)共掺杂BaGa2ZnO5粉末的上转换发光

对Er~(3+)/Tm~(3+)/Yb~(3+)共掺杂BaGa_2ZnO5粉末的上转换发光特性进行了研究。首先,通过不同的制备工艺研究了BaGa2ZnO5粉末的生成条件。XRD分析表明,由于ZnO的高温分解,必须密封烧结并增加ZnO用量才能制备出BaGa2ZnO5。其次,测量了Er~(3+)/Tm~(3+)/Yb~(3+)共掺杂BaGa2ZnO5粉末在980nmLD激发下的上转换发射光谱,发现存在8个较强上转换发射峰,其中480nm和798nm对应于Tm~(3+)离子能级跃迁,其他上转换峰对应于Er~(3+)离子能级跃迁。另外,测量了980nmLD不同激发功率对应的上转换发射峰强度,并根据激发功率-上转换强度曲线拟合得到了各发射峰对应的多光子吸收过程。最后,根据上转换发射光谱和CIE1931标准数据计算了样品粉末的色坐标为(x=0.4151,y=0.4794) ,比较接近白光色坐标,说明所制备的粉末样品具有产生上转换白光的前景。     

Sc_2(WO_4)_3∶Er~(3+)/Yb~(3+)的上转换发光及其温度传感特性

通过高温固相法制备出一系列新型上转换材料Sc_2(WO_4)_3∶Er~(3+)/Yb~(3+)。在980 nm激光激发下,Sc_2(WO_4)_3∶Er~(3+)/Yb~(3+)样品发出肉眼可见的强绿光。利用荧光光度计测得样品的发光光谱,在500～600 nm之间有强绿光发射,分别归因于Er~(3+)的~2H_(11/2)→~4I_(15/2)和~4S_(3/2)→~4I_(15/2)跃迁发射。在650～700 nm位置处,有对应于Er~(3+)离子~4F_(9/2)→~4I_(15/2)跃迁的较弱的红光发射。随着掺杂浓度的变化,样品的红绿分支比发生变化。当样品掺杂Er~(3+)浓度为0.05%、Yb~(3+)浓度等于0.1%时,样品发射的绿光强度是红光强度的27倍。另外,利用荧光强度比方法研究了Er~(3+)的两个热耦合能级在303～573 K范围内的发光温度特性。393 K时,样品的灵敏度达到最大为0.006 8 K~(-1)。对比于其他荧光粉材料,Sc_2(WO_4)_3∶Er~(3+)/Yb~(3+)的灵敏度处于较高水平,在实际测温中具有更好的应用前景。     

磁控溅射制备Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂TiO_2薄膜的上转换发光特性

采用射频磁控溅射法制备得到Er~(3+)/Yb~(3+)TiO_2薄膜,980 nm的抽运源作用下上转换可以得到490 nm的绿光和670 nm的红光,上转换红、绿光发光强度受到烧绿石Er_xYb_(2-x)Ti_2O_7晶体的生成以及Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂浓度的影响,实验表明,适量共掺杂Er~(3+)/Yb~(3+)可明显增强上转换发光,Er~(3+)在上转换发光中起主要作用,而引入敏化离子Yb~(3+)可以大大提高上转换发光效率,磁控溅射法制备的TiO_2薄膜声子态密度较小,从而抑制了无辐射跃迁过程,导致490nm绿光形成以及红光强度大于绿光强度。     

构建垂直金纳米棒阵列增强NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)纳米晶体的上转换发光

以金纳米棒垂直阵列(gold-nanorods vertical array, GVA)为衬底, SiO_2为隔离层,构建GVA@SiO_2@NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)纳米复合结构.在近红外980 nm激发下,通过改变中间隔离层SiO_2的厚度,研究GVA对NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)纳米晶体上转换发光的调控规律.实验结果表明,当SiO_2层的厚度增大至8 nm时, Er~(3+)离子整体的上转换发射强度增大近8.8倍,且红光强度增强尤为明显,约为16.2倍.为了进一步证实GVA对Er~(3+)离子红光发射的增强效果,以红光发射为主的NaYF_4:40%Yb~(3+)/2%Er~(3+)纳米晶体为对象展开研究,发现Er~(3+)离子红绿比由1.84增加到2.08,证实该复合结构更有利于提高红光的发射强度.通过对其光谱特性、发光动力学过程的研究并结合其理论模拟,证实了上转换发光的增强是由激发与发射增强共同作用,而激发增强占据主导地位.采用该套复合体结构实现上转换荧光发射的增强,不仅有效地利用了贵金属的等离激元共振特性,而且对深入理解等离激元增强上转换发光的物理机理提供理论依据.     

高灵敏度下转换光学测温材料:NaGd(WO_4)_2:Yb~(3+)/Er~(3+)

基于Er~(3+)的两个热耦合能级发光强度测量的荧光强度比测温技术由于不受光谱损失和激发强度波动的影响,故能够提供准确的非接触式温度测量。但目前通用的荧光强度比技术都是基于上转换激发,而上转换材料效率较低,测温不准确。考虑到Er~(3+)能级可通过不同激发源来布居,本文利用高能光子激发的高效下转换光学测温方法,来解决上转换发光带来的问题,并以具有高测温灵敏度的钨酸盐NaGd(WO_4)_2为基质。研究发现,NaGd(WO_4)_2可成功用于下转换测温,Yb~(3+)/Er~(3+)共掺样品比Er~(3+)单掺拥有更高的测温灵敏度,且下转换测温灵敏度要高于上转换,在掺杂浓度为20%Yb~(3+)/1%Er~(3+)时,测温灵敏度高达344. 6×10~(-4)K~(-1)。这证明了NaGd(WO_4)_2:Yb~(3+)/Er~(3+)是理想的测温材料,也很好地验证了其在高灵敏度下转换测温的可行性,为荧光强度比技术的应用开辟了新的前景。     

基质材料对Yb~(3+)浓度调控的上转换荧光红绿比的影响

控制Yb~(3+)掺杂浓度是一种重要的调控红绿荧光比率的方法.然而,关于不同基质中Yb~(3+)浓度对红绿上转换荧光调控的敏感度仍缺少定量的对比研究,而且调控机理尚不清晰.本文通过乙二胺四乙酸辅助的水热法,合成了形貌可控的NaYF_4微米棒、LiYF_4微米八面体和YF_3微米砖三种氟化物晶体.通过激光共聚焦显微镜系统对比研究了Yb~(3+)/Er~(3+)掺杂的三种不同基质和形貌的单颗粒氟化物微米晶体的上转换荧光行为和红绿比率对Yb~(3+)变化的敏感度.研究结果表明:NaYF_4:Er~(3+)微米棒的红绿比率对Yb~(3+)的掺杂浓度响应最为敏感,各种Yb~(3+)浓度掺杂的LiYF_4:Er~(3+)微米八面体上转换荧光被绿光主控,而不同Yb~(3+)掺杂的YF_3:Er~(3+)微米砖表现出了稳定的黄光发射.通过分析荧光发射谱和比较上下转换荧光动力学过程结合荧光强度-功率依赖关系,基于拥有不同声子能量的基质辅助的Er~(3+)离子中间态的不同消布居途径,揭示了不同基质中红绿比率对Yb~(3+)变化响应的物理机制,并提供了一种研究上转换机理的思路.     

纳米NaYb_(1-x)F_4:Er_x~(3+)中Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂浓度变化引起的相变和发光增强

在Yb~(3+)和Er~(3+)共掺杂氟化物纳米体系中,2%Er~(3+)掺杂浓度为上转换发光的最佳浓度,高于这个浓度,随着Er~(3+)掺杂浓度的增加,将发生严重上转换发光浓度猝灭,已为人们广泛认知和接受。本文合成了不同Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂浓度比的NaYb_(1-x)F_4∶Er_x~(3+)系列上转换发光纳米粒子。通过扫描电镜、XRD和荧光光谱等分析方法对这些合成的样品进行了表征。研究结果表明,当Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂浓度比在0.02/0.98～0.2/0.8和0.6/0.4～0.8/0.2范围时,合成的NaYb_(1-x)F_4∶Er_x~(3+)纳米粒子分别为α相和β相结构;而特别值得注意的是,当掺杂浓度比在0.3/0.7～0.4/0.6范围时,合成的纳米粒子为从α相向β相过渡的α相和β相共存相结构。Er~(3+)/Yb~(3+)最佳掺杂浓度比分别为0.02/0.98和0.4/0.6的两种α相和β相共存相结构的纳米粒子都展现了非常好的上转换发光增强。这些结果对于理解稀土离子浓度发光猝灭机制,提高上转换发光效率,促进稀土纳米发光材料在新型光源、生物医学和激光等领域的应用都具有重要的科学研究意义和启发作用。     

基于KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米晶的红光聚合物平面光波导放大器

制作了基于KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米晶材料的工作波长655 nm的聚合物平面光波导放大器。材料的吸收光谱表明,KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米晶在980 nm附近有很强的吸收。在980 nm激光的激发下,由于Er~(3+)和Mn2+能级之间的能量传递,KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米晶产生了很强的红色上转换发光。根据KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米粒子的发光特性,制备了KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)NCs-PMMA复合材料,用其作为芯层设计了掩埋形结构光波导放大器,利用传统的半导体工艺完成器件制备。器件测试结果表明,当655 nm信号光功率为0.1 m W、980 nm泵浦功率为260 m W时,器件获得了2.7 d B的相对增益。     

上转换纳米粒子CaF_2∶Er~(3+),Yb~(3+)的合成及其温敏特性（英文）

采用水热合成法制备了CaF_2∶Yb~(3+),Er~(3+)上转换纳米粒子。在980 nm激发下,研究了来源于Er~(3+)的2H11/2/4S3/2→4I15/2跃迁的绿光发射和来源于4F9/2→4I15/2跃迁的红光发射。由于Er~(3+)具有一对热耦合能级(2H11/2/4S3/2),所合成的样品在293~573 K温度范围内有良好的温敏特性。利用荧光强度比(FIR)技术,测得样品在483 K时具有最大灵敏度0.002 85 K~(-1)。     

红外激发的高效绿色磷光体—NaLnF:Yb~(3 )Er~(3 )(Ln:Y,Gd,La)

发现六角型的NaLnF_4∶Yr~(3 ),Er~(3 )在红外激发下,是一种高效的发绿光的磷光体。它是由NaSiF_6和共沉淀的Ln_(1-Y-Z)Yb_yEr_2F_3的混合物在630℃于氩气氛中灼烧而制备的。实验表明,NaYF_4∶Yb~(3 ),Er~(3 )的最佳灼烧条件如下:(a)NaSiF_6→2NaF SiF_4的分介反应是完全的。(b)液体的NaF—NaY_(1-Y-Z)Yb_YEr_ZF_4和六角型的NaY_(1-Y-Z)Yb_YEr_ZF_4是共存的。以及(c)NaY_(1-Y-Z)Yb_YEr_ZE_4从六角到立方的相变不出现。当用Si掺杂GaAs二极管激励时,适当制备后的NaY_(0.57)Yb_(0.39)Er_(0.04)E_4的发光亮度是市场出售的LaF_3∶Yb~(3 )Er的4—5倍。     

Yb~(3+)/Tm~(3+)共掺的硅酸盐玻璃上转换发光性能

采用高温熔融法制备了掺杂不同比例Yb~(3+)和Tm~(3+)的硅酸盐玻璃。吸收光谱表明,Yb~(3+)和Tm~(3+)在300~1 100 nm的吸收过程彼此不干扰。研究了玻璃样品在980 nm LD泵浦下的上转换发光行为,结果表明:Yb~(3+)/Tm~(3+)在477 nm(1G4→3H6)发射强烈的上转换蓝光,在654 nm(1G4→3F4)发射较弱的红光,在795 nm(3H4→3H6)发射微弱的红外光。提高Yb~(3+)的比例均能够提高477 nm蓝光、654 nm红光和795 nm红外光的发射强度。研究分析了上转换发光强度与激光器泵浦功率之间的关系,结果表明上转换蓝光和红光发射均为三个光子过程,红外光发射为两个光子过程。分析了Yb~(3+)、Tm~(3+)在硅酸盐玻璃中上转换发光的机制。     

GdNbO_4∶Er~(3+)/Yb~(3+)荧光粉的上转换发光与温度特性

采用传统高温固相法制备了GdNbO_4∶10%Yb~(3+),x%Er~(3+)荧光粉。利用XRD对样品的晶体结构进行了分析,结果表明所得的样品为纯相。在980nm光纤激光器激发下,测量了样品的上转换发射光谱,实验发现样品发生了浓度猝灭。利用荧光强度比(FIR)方法研究了GdNbO_4∶Yb~(3+)/Er~(3+)荧光粉的温度传感特性,结果表明灵敏度随温度的升高先增大后减小。建立了Er~(3+)的两个绿色发射能级的温度猝灭物理模型并用其成功解释了样品的绿色上转换发光温度猝灭现象。     

Er:Yb共掺杂SiO2基氟氧化物玻璃的上转换发光

制备了Er~(3 ):Yb~(3 )共掺杂SiO_2基氟氧化物玻璃,测试了样品在488um激光激发下的激发谱和930nm红外光激发下的上转换可见光谱。在红外光激发下,检测到了Er~(3 )离子较强的~4S_(3/2)(~2H_(11/2))→~4I_(15/2)和~4F_(9/2)→~4I_(5/2)可见光发射。简单分析了上转换红光增强的机制。     

高温退火对GdF3:Yb3+,Er3+晶型的转变及上转换发光性能的影响

采用共沉淀法制备了立方相GdF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)颗粒,并对其进行不同温度的退火处理。通过XRD、SEM、TG-DSC以及PL等分析了不同温度退火对颗粒的形貌、尺寸、晶体结构及上转换发光性能的影响。研究结果表明,立方相GdF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)晶型在740.15℃转变为立方相NaGdF_4∶Yb~(3+),Er~(3+),相比于未经过退火处理的样品,在980 nm红外光激发下,高温退火后能有效提高发光性能,并且随着温度的提高呈现先升后降趋势,在800℃达到最大值,红绿光比例(R/G)由0.09上升到4.55。借助能级跃迁模型,分析认为随着退火温度升高,颗粒团聚致使粒径尺寸由100～300 nm增加到5～8μm、晶体结晶度提高、高温下由立方相GdF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)晶型转变为立方相NaGdF_4∶Yb~(3+),Er~(3+)晶型均能提高颗粒上转换发光能。