稀土掺杂的NaGdF4上转换发光材料的合成与发光特性研究

采用水热法制备了一系列不同掺杂浓度的NaGdF₄:Re(Re=Tm³⁺,Er³⁺,Yb³⁺)上转换发光粉。通过X射线衍射(XRD)、电子扫描电镜(SEM)和上转换发射光谱对样品进行了表征。XRD研究结果表明:合成的样品均为六方结构NaGdF₄。估算的平均晶粒尺寸为41~43 nm。在980 nm红外光激发下,Er³⁺和Yb³⁺共掺杂的NaGdF₄发光粉发出分别来自于Er³⁺离子²H_{11/ 2},⁴S_3/2→⁴I_15/2跃迁的绿光和⁴F_9/2→⁴I_15/2跃迁的红光发射,Tm³⁺和Yb³⁺共掺杂的NaGdF₄发光粉发出分别来自Tm³⁺离子的¹G₄→³H₆跃迁的蓝光、¹G₄→³F₄和³F_2,3→³H₆跃迁的红光和³H₄→³H₆跃迁的近红外光发射。Er³⁺,Tm³⁺和Yb³⁺共掺杂的NaGdF₄发光粉的发光强度及红、绿、蓝光发射的相对强度受Yb³⁺离子掺杂浓度的影响。对样品中可能的上转换发光机制进行了讨论。计算的色坐标显示:可通过改变掺杂离子浓度对上转换发光的颜色进行调控。     

Tm3+浓度对Y2（MoO4）3：Tm3+，Yb3+荧光粉上转换发光性质的影响

采用传统的高温固相反应法合成了Tm³⁺/Yb³⁺共掺杂Y₂（MoO₄）₃系列荧光粉。XRD结果表明合成的样品为相纯度好的Y₂（MoO₄）₃。在980 nm光激发下,样品具有较强的位于487 nm和800 nm的蓝色和近红外发射,同时伴有较弱的位于649 nm的红光发射。它们分别来自于Tm³⁺的¹G₄→³H₆、³H₄→³H₆和¹G₄→³F₄跃迁。根据功率相关的上转换发射和能级图分析了Tm³⁺的上转换发光机制。结果表明,¹G₄和³H₄能级的布居分别来自于三光子和两光子的能量传递上转换。此外,随着Tm³⁺浓度的增加,蓝色、红色和近红外发射带均呈先增加后降低的趋势,即发生了浓度猝灭。同时,蓝光发射和近红外发射的强度比随Tm³⁺掺杂浓度的增加而减小。     

Tm3+-Yb3+共掺杂的碲酸盐玻璃和光纤的光谱特性

研究了Tm³⁺-Yb³⁺共掺杂的碲酸盐玻璃和光纤在980nm激光二极管激发下的可见与近红外光谱性质.室温下,Tm³⁺-Yb³⁺共掺杂的碲酸盐玻璃在480,800nm处观测到了很强的上转换发光,在650nm观测到一较弱的上转换发光,它们分别来自Tm³⁺离子的¹G₄^→3H₆,³H₄^{→ 3}H₆和¹G₄^{→ 3}F₄跃迁;在1020,1810nm处观测到近红外发射,它们分别属于Yb³⁺离子的²F_5/2^→2F_7/2跃迁和Tm³⁺离子的³F₄^→3H₆跃迁.研究了其发光特性与Tm³⁺及Yb³⁺的浓度的依赖关系.此外,在980nm激光激发下,还观测到Tm³⁺-Yb³⁺共掺杂的碲酸盐玻璃光纤在1060,1470,1910nm附近的近红外发射.详细讨论了其发光机制,该材料可望用于制作蓝色上转换光纤激光器、S-波段光纤放大器以及在医疗诊断和遥感中有着广泛的应用的1.9μm光纤激光器.     

不同波长激发下YLiF4：Er3+,Tm3+,Yb3+的发光

水热法合成了YLiF₄:Er³⁺,Tm³⁺,Yb³⁺,其中Er³⁺、Yb³⁺和Tm³⁺的摩尔分数分别为1%、1.5%和2%。当用355nm光激发时,其发光为蓝色,峰值位于450nm,对应于Tm³⁺的¹D₂→³F₄跃迁。用378nm激发时,发光为绿色,主要发光峰位于552nm。980nm光激发时,发光为白色,发光峰分别位于665(651),552(543),484,450nm处,并在648nm处还观察到了一个发光峰,其中最强的发射为红光。YLiF₄:Er³⁺,Tm³⁺,Yb³⁺的蓝光来源于Tm³⁺的激发态¹G₄到基态³H₆的跃迁,绿光来源于Er³⁺的⁴S_3/2和²H_11/2到基态⁴I_15/2的跃迁,红光既来源于Tm³⁺的¹G₄→³F₄的跃迁,也来源于Er³⁺的⁴F_9/2→⁴I_15/2的跃迁。在上转换发光中,还探测到了紫外光359nm的发射。监测665nm得到的激发光谱不同于监测552nm的激发光谱,在665nm的激发光谱中出现了对应Tm³⁺的¹G₄能级的峰。在双对数曲线中,蓝光484nm、绿光552nm和红光665nm的斜率分别为2.25、2.28和2.21,紫外光359nm的斜率为2.85。因此在980nm激发下,蓝光484nm、绿光552nm和红光665nm都是双光子过程,紫外光359nm的发射是三光子过程。     

ZBLAN：Yb3+, Tm3+双频共激发的上转换发光

首先测量了ZBLAN:Yb³⁺,Tm³⁺分别在980nm和808nm激光激发下的400~600nm波段内的上转换发光光谱,在此基础上研究了980,808nm激光共激发下ZBLAN:Yb³⁺,Tm³⁺的上转换发光特性。在测量过程中,分别改变输入激光功率,测量了上转换发光强度与泵浦激光输入功率的关系,由此绘制双对数曲线图,对上转换发光机制进行了分析。研究证明980nm激发为三光子过程、808nm激发为双光子过程,而980,808nm激光共同激发为共协过程。     

YNbO4：Tm3+/Yb3+上转换发光特性研究

按照50Nb₂O₅-（46-x）Y₂O₃-4Yb₂O₃-xTm₂O₃（x=0.1,0.2,0.5,1,2）的配比方式,采用高温固相法制备出了掺杂Tm³⁺/Yb³⁺的YNbO₄晶体粉末。在980 nm红外光激发下,观测到波长为478,645,707 nm的上转换荧光,分别对应于Tm³⁺离子的¹G₄→³H₆、¹G₄→³F₄、³F₃→³H₆能级跃迁过程。利用上转换发射功率与980 nm激光器工作电流关系估算出跃迁过程吸收光子数目为2.72,2.69,2.01,从而确定出前两者为三光子吸收过程,最后一个对应于双光子吸收过程。运用Judd-Ofelt理论研究样品光谱特性,根据样品的吸收谱得到样品的谱线强度参数Ω_t（t=2,4,6）,进而得出理论振子强度及实验振子强度,二者均方根偏差δ_rms=1.299×10^-7。计算了Tm³⁺离子向下能级跃迁的跃迁几率、跃迁分支比等参数。最后得出结论：（1）³F₄能级寿命较长,适合作为上转换中间能级;（2）³H₅能级寿命较长,且³H₅→³H₆跃迁分支比（96.46%）接近100%,可用于产生1 216 nm激光。     

UPCONVERSION FLUORESCENCE DYNAMICS OF Tm3+ IONS IN LiYF4 CRYSTAL

According to Judd-Ofelt parameter calculation and energy transfer theory, the cross-relaxation process of the Tm³⁺ ions is investigated. A four-level system of coupled rate equations is established to study the fluorescence dynamics of Tm³⁺ in LiYF₄ crystal. Attentions are focused on the upconversion luminescence ¹G₄→³H₆ (483.0 nm) in Tm³⁺:LiYF₄. The relationship between the avalanche properties (critical pump rate, fluorescence intensity and buildup time) originated by resonant excited state absorption and the doped Tm³⁺ concentration is discussed, and some useful conclusions are drawn.     

利用Er3+光学温度传感特性研究Tm3+/Yb3+掺杂NaY(WO4)2微米球的激光辐照热效应

采用微波水热方法合成了Er³⁺/Yb³⁺及Tm³⁺/Yb³⁺两个共掺杂的绣球花状NaY（WO₄）₂微米球样品。XRD结果表明所获得的产物为纯相体心结构的NaY（WO₄）₂,利用SEM观察发现产物粒子结构为纳米片组装成的绣球花状。考虑到红外激光辐照对样品产生加热效应,采用380 nm激发下不同温度的发射光谱获得了Er³⁺/Yb³⁺共掺杂NaY（WO₄）₂微米球的温度传感特性曲线和灵敏度曲线。把Er³⁺/Yb³⁺共掺杂NaY（WO₄）₂与Tm³⁺/Yb³⁺共掺杂的NaY（WO₄）₂按质量比1：10进行混合,采用980 nm激发测量了混合物的上转换发光光谱,研究了激光持续辐照对Tm³⁺/Yb³⁺掺杂NaY（WO₄）₂样品的加热效应和Tm³⁺的¹G₄→³H₆ 跃迁发光强度随激光辐照时间的变化。实验发现980 nm激光辐照使Tm³⁺/Yb³⁺掺杂NaY（WO₄）₂样品的温度持续升高并达到某一平衡温度,Tm³⁺的蓝色上转换发光也随着激光辐照时间的延长而增强,最后达到饱和。此外,在相同条件下,Tm³⁺/Yb³⁺共掺杂样品的激光辐照热效应比Er³⁺/Yb³⁺共掺杂样品的热效应更为显著。     

Ca3Y2Si3O12：Tm3+,Yb3+上转换发光粉的制备与发光性能研究

采用高温固相法成功制备了Ca₃Y₂Si₃O₁₂：Tm³⁺,Yb³⁺上转换蓝色发光材料。在980 nm 红外激光器激发下,发光粉呈现强烈的蓝光（475 nm）和近红外光（810 nm）以及较弱的红光（650 nm）发射,分别归因于Tm³⁺离子的¹G₄→³H₆、³H₄→³H₆和¹G₄→³F₄能级跃迁。随着Yb³⁺离子浓度的增加,发光粉上转换发射强度和发光亮度均呈现先增强后减弱的变化趋势。在最佳掺杂浓度下（Yb³⁺摩尔分数为15%）,蓝、红光强度分支比为12：1,色坐标为（0.129 2,0.152 3）。在3.9 W/cm²激发功率密度下,发光亮度可达6.8 cd/m²。上述结果证实,所制备发光粉呈现优异的蓝光上转换发射特性并具有潜在的应用价值。发光强度和激发光功率关系表明,所得上转换发射为三光子和双光子吸收过程。借助Tm-Yb体系能级结构详细讨论了上转换发射的跃迁机制。     

纳米NaY1-x-yF4：Yby3+, Tmx3+材料的上转换光学特性

用水热法合成了NaY_1-x-yF₄:Yb_y³⁺,Tm_x³⁺上转换纳米粒子材料。实验发现,样品的粒径多数在100nm以内;当加热温度180℃、反应时间120min、稀土离子Tm³⁺的摩尔分数为0.04%时,所制备的纳米材料在980nm半导体激光激发下,其主要上转换发光的辐射峰值位于476.54nm处。     

铒铥共掺氧化锌薄膜近红外宽带发射及变温行为的研究

采用磁控共溅射技术制备了铒铥共掺杂氧化锌发光薄膜. 通过优化退火温度, 实现了薄膜的近红外 平坦宽带发射, 总带宽可达到~ 500 nm, 覆盖了光通信S+C+L+U 区波段. 此发射带由Er³⁺ 的1535 nm (⁴I_13/2 → ⁴I_15/2) 发射峰及Tm³⁺ 的1460 nm (³H₄ → ³F₄), 1640 nm (¹G₄ → ³F₂), 1740 nm (³F₄ → ³H₆) 发射峰组成. 研究表明: 退火温度低于800 ℃ 时, 没有观察到薄膜样品明显的光致发光现象; 随着退火温度 从800 ℃ 升高到1000 ℃, I₁₆₄₀/I₁₅₃₅ 发射峰强度比从0.2 升高到0.3, I₁₇₄₀/I₁₅₃₅ 发射峰强度比从0.5 降低 到0.4, 发射峰强度比均基本保持稳定; 当退火温度高于1000 ℃ 时, I₁₆₄₀/I₁₅₃₅ 发射峰强度比从0.3 升高到 0.6, I₁₇₄₀/I₁₅₃₅ 发射峰强度比从0.4 升高到0.8, 发射峰强度比均急剧增加. 变温行为表明: 随着温度从10 K 逐渐升高到300 K, 谱线的总带宽基本不变, 在340—360 nm 之间; Tm³⁺ 在1640 和1740 nm 处的发射峰强度 分别降低了2/3 和1/2, Er³⁺ 在1535 nm 的发射峰强度增大了1.2 倍. 这是因为随着温度的升高, 声子数目增 多, Er³⁺ 与Tm³⁺ 离子之间发生能量传递的概率不断变大, 并且在Tm³⁺ 离子之间没有发生交叉弛豫现象.     

Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂氧氟硼硅酸盐微晶玻璃绿色上转换发光的温度特性

采用高温熔融法和热处理工艺制备得到透明的Er3+/Yb3+共掺杂氧氟微晶玻璃。XRD结果证实析出的纳米晶相为Ba YF5。在980 nm激发下,观察到强的绿光发射,源于Er3+的2H11/2→4I15/2和4S3/2→4I15/2跃迁的上转换发光。根据荧光强度比(FIR)的方法研究了微晶玻璃上转换荧光的温度传感特性,其最大灵敏度在523 K时为0.003 4 K-1,表明Er3+/Yb3+共掺氧氟硼硅酸盐微晶玻璃上转换发光在高精度温度传感器方面具有一定的应用前景。     

In2O3:H03+,Yb3+纳米晶的制备与上转换发光

以乙二醇为溶剂,采用低温溶剂热法制备了H03+/Yb3+共掺杂In2O3纳米晶.利用X射线晶体衍射 (XRD)、透射电子显微镜(TEM)对粒子的结构和形貌进行表征,结果表明,合成的样品为纯的立方相In2O3,颗粒尺寸约为30nm.通过上转换发光(UCL)光谱研究了粒子的上转换发光性质,在980nm半导体激光激 发下...     

NaYF_4∶Yb~(3+),Tm~(3+)/CdSe纳米异质结构的近红外上转换发光性能

采用两步高温热分解法合成了纳米异质结构的Na YF4∶Yb3+,Tm3+/Cd Se。X射线衍射测试结果表明样品由纯六角相的Na YF4(β-Na YF4)和纤锌矿型Cd Se组成。980 nm激发的上转换光谱表明Na YF4∶Yb3+,Tm3+和Cd Se之间存在能量传递,Tm3+将Yb3+传递给它的能量部分地传递给Cd Se,被激发的Cd Se又将能量回传给Tm3+的相应能级,最终使得Na YF4∶Yb3+,Tm3+的紫外和蓝光发射完全消失,而797 nm的近红外发射大幅增强。Na YF4∶Yb3+,Tm3+/Cd Se纳米异质结构的激发光和发射光均处于生物组织的光学透过窗口(700~1 100 nm),对生物组织的光损伤小,在生物医学领域有很大的应用潜力。     

Tm-to-Ho resonant and nonresonant energy transfer in LiYF4

Absorption and luminescence measurements of Tm³⁺ and Ho³⁺ ions in LiYF₄:Tm³⁺, LiYF₄:Ho³⁺ and LiYF₄:Tm³⁺, Ho³⁺ crystals were carried out. The data collected were used to determine the Ho³⁺ absorption coefficient integral for ⁵I₈→⁵I₇ transition, and the overlap integral between the normalized Tm³⁺ luminescence spectrum due to the ³F₄→³H₆ transition and the Ho³⁺ absorption band due to ⁵I₈→⁵I₇ transition. The relevant critical transfer distance (R_o), that gives a measure of the Tm³⁺–Ho³⁺ coupling, was determined considering the Förster type interaction between the ions. It was found to be 22.5 Å and 28.8 Å at 300 and 78 K, respectively.     

The effect of zinc ions on the fluorescence spectra of (La, Zn)OF:Sm powder phosphors

This paper reports the fluorescence properties of a new series of (La, Zn) OF:Sm³⁺ powder phosphors. The measured fluorescence spectra were analyzed by computing the color coordinates and relative fluorescence intensity ratios (ED/MD). A bright yellowish-orange color was observed from these powder phosphors under a UV-source due to the confirmation of the transitions ⁴G_5/2→⁶H_5/2, ⁴G_5/2→⁶H_7/2, and ⁴G_5/2→⁶H_9/2. Scanning electron microscopic studies were performed to understand the average grain size of the synthesized powder phosphors.     

Er3+,Yb3+共掺杂SrTiO3超细粉末的可见上转换发光

钛酸锶(SrTiO₃)具有高介电常数、良好的绝缘性质、优良的物理化学稳定性和在可见光范围内的优异的透明度等优点,是一种重要的无机功能材料。近年来,Al³⁺,Ga³⁺等离子共掺杂的SrTiO₃:Pr³⁺做为一种优异的红色场发射显示(FED)荧光粉引起了人们的兴趣。另外,SrTiO₃具有相对较小的声子频率,因而它可以作为一种有利于上转换发光的基质材料。以NaCl为助熔剂制备了Er³⁺,Yb³⁺共掺杂的SrTiO₃超细粉末。在980nm激发下,样品发出很强的来自于Er³⁺离子的²H_11/2→⁴I_15/2,⁴S_3/2→⁴I_15/2(绿光)和⁴F_9/2→⁴I_15/2(红光)跃迁的上转换发光。Yb³⁺离子的共掺杂对Er³⁺离子的上转换发光起明显的增强作用。研究了上转换发光强度与稀土离子浓度以及激发光强度之间的依赖关系,表明在Er³⁺单掺杂和Er³⁺,Yb³⁺共掺杂的样品中,绿光和红光都是被双光子激发过程激发的。还对上转换发光的机理做了初步分析。     

Er3+/Yb3+共掺NaYF4/LiYF4微米晶体的上转换荧光特性

采用水热法成功制备了Er³⁺/Yb³⁺共掺杂的NaYF₄和LiYF₄微米晶体. 通过X射线衍射仪和环境扫描电子显微镜对样品的晶体结构及形貌进行表征. 实验结果表明: 六方相NaYF₄微米晶体为棒状结构, 而四方相LiYF₄微米晶体则为八面体结构. 在近红外光980 nm激发下, NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺和LiYF₄:Yb³⁺/Er³⁺ 微米晶体均展现出很强上转换荧光发射. 且NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺微米晶体的荧光发射强度大约是LiYF₄:Yb³⁺/Er³⁺微米晶体的2倍, 但红绿比明显较低. 根据荧光光谱, 并借助激光光谱学及发光动力学深入探讨基质变化及表面修饰剂乙二胺四乙二酸(EDTA)对荧光特性的影响. 实验结果发现: 影响荧光强度的主要因素是基质环境的局域对称性, 而导致不同红绿比则是由于样品表面较多的EDTA分子所引起. Er³⁺掺杂的NaYF₄和LiYF₄ 微米晶体呈现出很强的绿光发射可被应用于全色显示, 荧光粉和微光电子器件中.     

氨基磷酸辅助的水热合成NaYF4:Yb3+,Er3+纳米晶及其上转换发光

以氨基磷酸为螯合剂,通过共沉淀与水热法相结合,成功地制备出NaYF4:Yb3+,Er3+纳米晶.研究结果表明:水热前后NaYF4:Yb3+,Er3+纳米晶均为立方相结构,其颗粒大小约为80nm.在980 nm近红外光激发下,实现了样品的上转换发光.样品的上转换绿红光发射带归因于Er3+的2H11/2,4S3/2→4 I...     

Green and red up-conversion emissions of Er–Yb Co-doped TiO2 nanocrystals prepared by sol–gel method

In this paper, green and red up-conversion emissions of Er³⁺–Yb³⁺ co-doped TiO₂ nanocrystals were reported. The phase structure, particle size and optical properties of Er³⁺–Yb³⁺ co-doped TiO₂ nanocrystals samples were characterized by using X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), UV–vis–NIR absorption spectra and photoluminescence (PL) spectra. Green and red up-conversion emissions in the range of 520–570 nm (²H_11/2, ⁴S_3/2→⁴I_15/2) and 640–690 nm (⁴F_9/2→⁴I_15/2) were observed for the Er³⁺–Yb³⁺ co-doped TiO₂ nanocrystals. The visible up-conversion mechanism and temperature dependence of up-conversion emission for Er³⁺ in TiO₂ nanocrystals were discussed in detail.