光子晶体增强中红外发光研究

稀土掺杂硫系玻璃是实现中红外发光的重要手段,通过在稀土掺杂硫系玻璃样品上构造光子晶体结构可以大大增强其发光效率。制备了Tm3+离子掺杂硫系玻璃样品并测试了其光谱特性,通过设计光子晶体结构来增强Tm3+离子跃迁产生的3.73 mm处的荧光强度。利用有限时域差分法(FDTD)进行运算,模拟结果表明,通过优化设计的光子晶体结构参数,掺杂样品在3.73 mm处的光子态密度相比于未采用光子晶体结构所产生的光子态密度有极大提高,计算其Purcell放大因子可达到未进行结构设计的50倍以上。光子态密度的极大提高以及Purcell放大因子为增强发光强度提供了理论依据,该研究结果对实现高效率中红外光源器件具有重要的指导意义。     

Tm~(3+)掺杂Ge-Ga-Se玻璃中红外发光特性与多声子弛豫分析

用熔融急冷法制备了系列不同Tm3+掺杂浓度的Ge30Ga5Se65玻璃样品,测试了样品折射率、拉曼光谱、吸收光谱以及800nm激光泵浦下的近红外及中红外波段荧光光谱和荧光寿命。用Judd-Ofelt理论计算了Tm3+在Ge30Ga5Se65玻璃中的强度参数Ωi(i=2,4,6)、自发辐射跃迁概率A、荧光分支比β和辐射寿命τrad等光谱参数。讨论了800nm激光泵浦下掺杂1Wt%Tm3+样品在近红外1.23,1.48和1.8μm处的发光特性及各量子效率,研究了800nm激光泵浦下的样品中红外荧光特性与掺杂浓度之间的关系,计算了常温下该基质玻璃中Tm3+:3H5→3F4跃迁对于3.8μm处的多声子弛豫速率Wmp和Ge30Ga5Se65玻璃基质中多声子弛豫常数W(0)和电子-声子结合常数α值。结果表明Ge30Ga5Se65硒基玻璃较低的声子能量可以大大降低稀土离子能级间跃迁的多声子弛豫概率,从而提高中红外荧光发光效率,因此硒基玻璃作为稀土离子的掺杂基质材料对实现中红外荧光输出是非常有利的。     

硫系发光微晶玻璃研究进展

回顾了近年来关于稀土或过渡金属离子掺杂的硫系发光微晶玻璃的研究进展.深入讨论了稀土离子在硫系微晶玻璃中的微观分布对其发光性能的影响,以及不同稀土离子与晶体场之间相互作用的机制.总结和分析了近两年提出的一种新型硫系微晶玻璃——过渡金属离子激活的硫系微晶玻璃.通过可控晶化和晶体场调控,已经在硫系微晶玻璃实现了较强的Cr2+:1.8～2.8μm以及Co2+:2.5～4.5μm中红外超宽带输出.梳理了影响和制约硫系微晶玻璃在中红外光子器件功能化方面的关键问题,为今后此类研究提供一种思路.     

玻璃陶瓷材料中Tm3+离子红外到蓝色上转换发光

系统研究了PbF2+GeO2+WO3ⅩⅣTmF3玻璃陶瓷材料中,在近红外光(1.06μm)激发下,Tm3+离子的发光特性.实验中观测到Tm3+离子的两组峰值位置分别在20920cm-1和22173cm-1的蓝色上转换发光,并证实这两组上转换发光分别与吸收三个和四个光子有关,同时建立了上转换发光的模型.为了选择最佳掺杂浓度,详细地测量了Tm3+离子峰值为20920cm-1的蓝色上转换发光强度与TmF3浓度的关系.     

Ag纳米颗粒增强的Ho~(3+)/Tm~(3+)共掺铋锗酸盐玻璃的2μm发光研究

采用基于传统熔融淬冷技术的热化学还原法制备了系列Ag纳米颗粒复合Ho3+/Tm3+共掺铋锗酸盐玻璃样品,研究了Ag纳米颗粒含量对玻璃2μm发光特性的影响.结果表明,Ag纳米颗粒的表面等离子体共振带位于500—900 nm,峰值位于650 nm,透射电子显微镜图像中观察到均匀分布的Ag纳米颗粒,尺寸约为5—10 nm.通过测试玻璃样品在1.7—2.3μm波段的荧光光谱发现,Ag掺杂后Ho3+离子2μm处的荧光强度得到了极大的提高,其中AgCl掺杂质量分数为0.3%时的荧光强度比未掺杂时的荧光强度增强10倍,这归因于Ag纳米颗粒的局域场增强作用.计算得到Ho3+离子的吸收截面为0.491×10-20cm-2,发射截面为1.03×10-20cm-2,当增益系数为0.2时即可实现正的增益.     

Yb~(3+)/Tm~(3+)共掺杂Sb_2O_4荧光粉的制备及上转换发光性质研究

高温固相法制备了Yb3+/Tm3+共掺的Sb2O4发光粉体,研究了其上转换发光性质。在980nm半导体激光器的激发下,样品发射较强的近红外(800nm)和较弱的蓝色(480nm)及红色(680nm)上转换发光。粉末样品中稀土Yb3+及Tm3+浓度对上转换发光性质具有显著的影响,随着Yb3+或Tm3+浓度的增加,上转换发光增强;Tm3+掺杂浓度达0.8%时其上转换发光强度达到最大,之后上转换发光随Tm3+浓度的增加而减弱,这是由于浓度猝灭引起的。探讨了粉末样品的上转换发光机理,在980nm激发下Tm3+的蓝光和近红外上转换发光均属于二光子的上转换发光过程。     

CaZrO_3∶Ln(Ln=Pr~(3+),Sm~(3+),Tb~(3+),Dy~(3+),Tm~(3+))荧光粉的制备与光谱调控

采用高温固相法合成了稀土离子Pr3+、Sm3+、Tb3+、Dy3+、Tm3+掺杂的正交相CaZrO3荧光粉。利用X射线粉末衍射(XRD)对样品的结构进行表征,并通过荧光光谱对其发光性质进行了研究。在适当近紫外或蓝光激发下,CaZrO3∶Pr3+产生很强的绿光发射,CaZrO3∶Sm3+可发射550~700 nm的红橙光,Tm3+在CaZrO3中可获得良好的蓝光发射。研究结果表明,通过改变CaZrO3中的掺杂离子可实现其发光颜色的调控,稀土离子掺杂CaZrO3荧光粉是很有潜力的新型发光材料。     

Tm3+/Yb3+共掺碲铅锌镧玻璃的能量传递和上转换发光

制备了Tm3+/Yb3+共掺TeO2-PbO-ZnO-La2O3玻璃,研究了玻璃红外吸收光谱和980 nm激光抽运下上转换发光光谱,分析了上转换发光机制.基于Tm3+和Yb3+的能级图及上转换机制建立了速率方程,得出了稀土离子各能级的粒子数分布密度以及Tm3+与Yb3+之间的能量转移系数Cbi(i=0,1,3).结果表明,随着PbO加入,Yb3+:2F5/2与Tm3+:3H4间的能量转移不断增加,上转换蓝光的发光强度明显增强.     

TmYb共掺氟氧化物玻璃的间接上转换敏化发光的研究

研究了Tm(0.1)Yb(10.9)氟氧化物玻璃在800nm半导体激光激发下的间接上转换敏化发光现象.通过Tm(0.1)Yb(3)：ZBLAN玻璃和Tm(0.1)Yb(10.9)氟氧化物玻璃中Tm³⁺离子上转换发光的比较研究,发现在间接上转换敏化的情况下,Tm(0.1)Yb(10.9)氟氧化物玻璃中Tm³⁺离子的上转换发光极大地增强,超过了Tm(0.1)Yb(3)：ZBLAN玻璃的水平.说明在此类上转换激发机制下,有着较高的稀土溶解度和较大的截止声子能量的材料可能有最佳的上转换效率,它将可能有比目前最好的ZBLAN材料高许多的上转换发光强度,这对于上转换研究迅速走向实际应用有重大的意义.目前尚未见到其他类似研究报道. 关键词：     

锗酸盐玻璃中Yb3+/Tm3+/Ho3+掺杂浓度对2 μm发光的影响

为了研究锗酸盐玻璃中采用Yb3+/Tm3+/Ho3+三掺杂方式实现2 μm激光的可行性,研究了3种稀土离子的掺杂浓度对近2 μm发光的影响,从而对稀土离子掺杂浓度进行优化选择以确定理想的掺杂浓度.实验结果表明,在TmF3掺杂摩尔分数为1%时,随着Yb3+浓度的提高Ho3+的2 μm荧光强度增强;当TmF3掺杂摩尔分数为3%时,随着Yb3+浓度的提高Ho3+的2 μm荧光强度降低;随着Yb3+浓度的提高,Tm3+的近2 μm荧光发射会得到增强,且当Tm3+浓度较高时其发光更为明显,这相对削弱了Ho3+的2 μm荧光.Ho3+2 μm发光受Tm3+/Ho3+的浓度比值影响很大,即用980 nm光抽运三掺杂样品,无论Tm3+浓度单一提高还是Ho3+浓度单一降低,对于Ho3+的2μm荧光都是不利的.     

掺Tm~(3+)氟锆酸盐玻璃2μm发光特性

研究了Tm3+掺杂氟锆酸盐玻璃的2μm发光特性。通过吸收光谱,运用Judd-Ofelt(J-O)理论计算了J-O强度参量tΩ(t=2,4,6)以及Tm3+离子在玻璃中的自发辐射跃迁几率、荧光分支比和辐射跃迁寿命等光谱参数。采用808 nm激光二极管(LD)抽运,获得了Tm3+离子在氟锆酸盐玻璃中的近2μm发射光谱。Tm3+离子在玻璃中的3F4→3H6跃迁峰值波长位于1.82μm处。研究表明,随着Tm3+离子浓度的增加,Tm3+离子之间发生明显的交叉弛豫过程(3H4→3F4,3F4→3H6),从而使得1.82μm处荧光强度明显增强,但当掺杂浓度进一步增加达到一定程度后,基于三能级稀土离子的浓度猝灭效应,该荧光强度明显降低。研究计算了氟锆酸盐玻璃中Tm3+…3F4→3H6跃迁对应的受激发射截面,结果表明,受激发射截面受Tm3+掺杂浓度的影响不大。     

Ag纳米晶对Tm/Yb共掺碲酸盐玻璃上转换发光性能的影响

在稀土离子掺杂碲酸盐玻璃中引入Ag纳米晶,通过等离子共振(SPR)可使荧光发射得到增强,上转换发光效率得到明显提升。研究了Ag纳米晶对Tm3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃上转换发光的影响,分析了上转换发光机理。结果发现,经过(330℃,30 min)热处理后,玻璃中析出了Ag纳米颗粒,尺寸为5～8 nm。Ag纳米晶的引入可使玻璃上转换蓝、红光由三光子吸收转变为双光子吸收。由于局域场表面等离子体共振增强以及Ag与Tm3+之间的能量转移,使得含Ag纳米晶玻璃的荧光强度比不含Ag纳米晶的玻璃提高了约5倍。     

Tb3+掺杂硅酸盐闪烁玻璃发光特性

对Tb³⁺掺杂的硅酸盐闪烁玻璃进行了研究。对玻璃基质、敏化剂、发光激活剂组分进行了优化,改进了熔制温度、保温时间、气氛等工艺条件。根据氟化物具有较好的稀土可溶性,具有相对较低的声子能量,调整了闪烁玻璃中的氟化物含量。讨论了Tb³⁺离子和Gd³⁺,Dy³⁺离子对闪烁玻璃发光性能的影响。闪烁玻璃样品的激发和发射光谱、光衰减时间谱等结果显示:闪烁玻璃基质中由Gd³⁺和Dy³⁺离子向发光中心Tb³⁺离子的无辐射能量共振转移以及在一定浓度范围内Tb³⁺离子之间的交叉弛豫过程对玻璃的发光性能有重要影响。Tb³⁺离子在一定浓度范围内具有自敏化效应,随着Tb³⁺离子浓度的增加,绿色荧光得到增强,蓝紫色荧光减弱,Tb³⁺掺杂硅酸盐闪烁玻璃的发光性能有明显的提高。     

稀土配合物掺杂凝胶的原位光声光谱研究及其共发光效应

采用溶胶-凝胶方法,制备了Ln(Sal)₃·H₂O(Ln3+∶La3+, Nd3+, Tb3+; Sal: 水杨酸) 稀土配合物掺杂的二氧化硅凝胶样品。首次采用光声光谱对稀土配合物在凝胶中的形成进行研究。结果表明,经110 ℃热处理后,Tb3+, La3+和Nd3+配合物掺杂的凝胶样品在配体吸收处的光声强度依次明显增强;而对仅在室温陈化、干燥的湿凝胶样品,其配体吸收处的光声强度几乎完全相同。研究发现,未经适当的热处理过程凝胶样品中稀土配合物尚不能形成。结合荧光光谱,分析了凝胶中稀土离子配位环境的变化和稀土配合物的形成。首次发现了稀土芳香羧酸配合物掺杂凝胶的共发光效应,考察Tb_0.8Gd_0.2(Sal)₃·H₂O和Tb_0.8Nd_0.2(Sal)₃·H₂O配合物掺杂的凝胶样品,发现Gd3+离子的引入了增强了凝胶样品中Tb3+的发光效率,而Nd3+离子的引入明显减弱了凝胶中Tb3+的发光,并对共发光效应可能的机理进行了讨论。     

玻璃基质与纳米颗粒相互影响的光谱学研究

通过低温选择激发玻璃陶瓷中的LaF3:Tm3+的1D2能级,成功地分开了两种局域环境中Tm3+离子的发射谱,使一些频率的发射谱仅来自于晶相,而另一些则仪来自于玻璃相.讨论了玻璃陶瓷中形成玻璃的氧化物和以晶相析出的氟化物之间的相互作用对两种局域环境中Tm3+离子的光学性能的影响.结果表明:晶粒较大时,氧化物玻璃对处于纳米晶体局域环境的稀土离子的影响减弱,纳米晶体对处于氧化物玻璃局域环境的稀土离子的影响增强;晶粒较小时,氧化物玻璃和晶粒接触面的增加会降低处于纳米晶体局域环境的稀土离子的发光效率,但纳米晶体对处于氧化物玻璃局域环境的稀土离子的影响减弱.晶粒越大,氧化物玻璃对处于纳米品体局域环境的稀土离子的发光影响越小,发光性能越好.玻璃基质中SiO2的含量能影响两种局域环境的Tm3+离子发光效率.     

Tb3+掺杂的氟氧碲酸盐玻璃发光性能

用高温熔融法制备了Tb³⁺掺杂的氟氧碲酸盐玻璃样品,测试了不同Tb³⁺和Gd³⁺浓度玻璃样品的密度、透过光谱、以及380 nm紫外光和X射线激发的发光光谱.着重研究了玻璃中不同Tb³⁺和Gd³⁺离子含量对玻璃性能的影响规律及机理.结果表明:氟氧碲酸盐玻璃具有较大的密度,ρ大于5 g/cm³;增加Tb³⁺离子的浓度,可以有效提高样品的闪烁发光 关键词： 铽离子 氟氧碲酸盐玻璃 闪烁玻璃 发光性能     

用转移函数方法研究铒离子上转换发光与抽运功率的关系

用转移函数方法分析了铒离子上转换发光与抽运功率的关系.对单掺铒离子的发光材料,对比分析了铒离子为高浓度和低浓度掺杂时上转换发光强度与抽运功率的关系.对稀土离子共掺杂系统,分析了Er3+在铒镱共掺杂的氟氧化物玻璃陶瓷中的上转换发光过程,认为Er3+绿色辐射的上转换发光强度与抽运激光功率的非平方关系是由于Er3+和Yb3+之间的强交叉弛豫过程引起的.讨论了在稀土离子共掺杂的氟氧化物玻璃陶瓷中提高Er3+的上转换发光强度的几种方法. 关键词： 转移函数方法 上转换发光 氟氧化物玻璃陶瓷     

稀土掺杂材料的上转换发光

稀土掺杂材料的上转换发光是实现光波频率转换的重要途径,也是稀土掺杂发光材料研究的重要内容。本文从介绍与上转换相关的基本概念出发,阐述了稀土离子上转换发光的发展历史;对稀土离子掺杂材料的能量传递、激发态吸收、合作敏化、合作发光、双光子吸收激发及光子吸收雪崩等上转换发光机制进行了概述,并对各机制进行了比较;对不同稀土离子掺杂体系中上转换发光的机制进行了总结;对以往研究的稀土掺杂上转换发光材料的基质,包括粉体材料、晶体材料、非晶材料进行了概括;最后对影响稀土离子上转换发光效率的因素进行了分析,提出了在上转换发光材料的设计中应重点考虑基质对泵浦光及上转换发射光的吸收、基质材料的声子能量、稀土离子的掺杂方案及泵浦途径等因素。     

Tm^3＋掺杂MFT玻璃材料上转换荧光浓度猝灭的研究

我们制备了Tm3+掺杂的不同浓度的MFT玻璃材料,在650nm激发下观察了Tm3+掺杂的MFT玻璃材料的两个蓝色上转换发光,研究了上转换发光的浓度猝灭。实验结果证明这种材料的蓝色上转换荧光的猝灭浓度达到0.6mol*%,比其他材料中报道的猝灭浓度高3倍。研究了Tm3+离子间的交叉弛豫行为,详细讨论了引起浓度猝灭的原因。     

Bi和Bi/Er共掺钙铝锗酸盐玻璃的超宽带红外发光(英文)

研究了铋掺杂以及铋铒共掺铝钙锗酸盐玻璃的超宽带红外发光性质.采用传统的熔融-退火方法获得所需玻璃.铋离子掺杂钙铝锗酸盐红外发光峰可以分为1 265nm和1 420nm处的两个峰,1 420nm处的峰强度较弱.X射线光电子能谱测试结果表明,玻璃中的铋离子以混合价态形式存在,三价的铋离子可能被还原为低价态铋离子.实验结果表明,铋离子红外发光源于低价态铋离子,可能源于一价Bi+;铒离子掺杂影响铋离子发光,随着铒离子浓度的增加,铋离子红外发光减弱,说明存在铋离子向铒离子的能量传递.