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：     

970 nm抽运下Tm3+/Yb3+共掺氧氟玻璃的频率上转换发光

稀土离子掺杂的氧氟玻璃是一种新型上转换发光材料。制备了Tm^3／Yb^3＋单掺、共掺的摩尔分数为n（SiO2）-0．30,n（PbF2）-0．50,n=（Al2O3）=0．15,n（AlF3）=（0．049-x）,n（TmF3）=y,n（YbF3）=x（x=0,0．001,0．010,0．015,0．020,y=0,0．001）系统氧氟玻璃,研究了其上转换发光特性、分析了其上转换发光机理。研究发现,在970nm抽运光源激发下,Tm^3＋单掺时没有可见光上转换发射;而加入Yb^3＋后产生了强的蓝光（452nm,476nm）、红光（647nm）及近红外光（791nm）发射,分别对应如下辐射跃迁：^1D2→^3F4、^1G4→^3H6、^1G4→^3F4和^3H4→^3H6;且随着Yb^3＋离子浓度的增加上转换发光增强。在970nm光源抽运下用Yb^3＋敏化Tm^3＋可以显著提高其上转换发光强度,且随着Yb^3＋离子浓度的增加,增强了对抽运光源的吸收并提高了Yb^3＋到T^3＋”的能量转移几率,从而增强了上转换发光强度。     

白色荧光粉CaF2∶Yb3+/Eu3+/La3+的制备及其上转换发光特性

采用改进的两步高温固相熔融法制备了Yb^3+、Eu^3+、La^3+共掺杂CaF 2的上转换荧光粉。基于荧光猝灭原理,通过改变La^3+掺杂浓度来调节CaF 2∶Yb^3+/Eu^3+材料的发光性能,并在980 nm近红外光激发下,获得了该材料的白色上转换发光(UCL)。在该发光体系中,Yb^3+不仅起到了敏化Eu^3+的作用,同时,Yb^3+二聚体(Yb^3+-dimer)自身合作发出波长范围480~540 nm的绿色荧光。而白光三基色中的绿光正是来自Yb^3+二聚体的合作发光。Eu^3+则作为激活剂,同时发出红色和蓝色荧光。荧光寿命测试结果表明Yb^3+-dimer与Eu^3+之间存在有效的能量传递。值得注意的是,在980 nm激光激发下,1%La^3+掺杂的样品表现出最佳的红、绿、蓝三基色光比列,实现了材料的上转换白光发射,其色度坐标为(0.311,0.340)。     

氟化物中Yb3+对Ho3+, Tm3+的直接敏化上转换作用

采用双掺杂(Yb^3 ／Ho^3 )和多掺杂(Ho^3 ／Yb^3 ／Tm^3 )方式,研究了氟化物中Yb^3 对Ho^3 ,Tm^3 的直接敏化上转换作用,并对它们在980nm激光激发下的上转换光谱特性进行了比较,对它们的上转换机理作了详细的讨论分析。观测到两处很强的上转换发光,分别是Yb^3 ／Ho^3 共掺杂体系中^5F4^5S2(Ho^3 )→^5Is(Ho^3 )的荧光跃迁和Ho^3 ／Yb^3 ／Tm^3 共掺杂体系中^3H4(Tm^3 )→H6(Tm^3 )的荧光跃迁。还发现由于添加了Tm^3 ,减弱了Yb^3 ／Ho^3 共掺杂体系中Ho^3 在可见光范围的上转换发光强度。     

反向能量传递增强Er^(3+)上转换发光EI北大核心CSCD

提高上转换发光效率是促进上转换发光材料实际应用的关键。在NaErF_(4)@NaYF_(4)体系中,惰性NaYF_(4)壳层可以抑制高组分Er^(3+)掺杂下的发光浓度猝灭,其上转换发光主要来源于Er^(3+)-Er^(3+)的能量传递上转换。本文利用共沉淀法制备了Er^(3+)和Yb^(3+)分区掺杂的NaErF_(4)@NaYbF_(4)@NaYF_(4)核壳结构的纳米颗粒,通过包覆惰性壳层研究Er^(3+)-Yb^(3+)-Er^(3+)之间的能量传递和反向能量传递过程。由于808 nm波长只能激发Er^(3+)而不能激发Yb^(3+),因此在808 nm波长激发下,Er^(3+)在惰性壳层的保护作用下将激发态能量传递给Yb^(3+),随后通过反向能量传递回Er^(3+),使得Er^(3+)的上转换发光增强。实验结果发现,当中间层Yb^(3+)掺杂浓度为100%时,绿色和红色上转换发光最大增强倍数为24.9和9.79。     

稀土离子的上转换敏化发光

选择合适的稀土离子敏化是提高上转换发光效率的最有效途径之一。本文总结了在玻璃中常见的稀土元素敏化离子对在不同泵浦方式下的发光方式,并讨论了稀土离子间的敏化发光的研究前景。     

稀土离子的上转换敏化发光

选择合适的稀土离子敏化是提高上转换发光效率的最有效途径之一。本文总结了在玻璃中常见的稀土元素敏化离子对在不同泵浦方式下的发光方式,并讨论了稀土离子间的敏化发光的研究前景。     

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。     

966nm半导体激光激发下ErYb：ZBLAN玻璃的上转换特征饱和现象

本文研究了单掺Er和ErYb共掺的ZBLAN玻璃的上转换发光现象,发现了一种新颖的“Er(0.3)Yb(0.5):ZBLAN样品上转换发光强度随激光功率变化的双对数曲线的斜率相对于Er(0.3):ZBLAN样品有明显的降低、但都保持着很好的直线”的这种“特征、饱和现象,它的上转换机制是一种新颖的“扩散－传递”机制：即Yb^3 -Yb^3 间能量扩散和随后的Yb^3 -Er^3 间能量传递。其“特征”饱和现象就是由“Yb^3 -Yb^3 ”间能量扩散导致的。     

钕敏化多层壳纳米结构的增强型染料敏化上转换发光

对于稀土离子掺杂的上转换发光,由于稀土离子吸收截面小、吸收范围窄,导致其发光强度受限.最近,在稀土上转换纳米粒子的表面连接近红外染料分子敏化发光,被证实是提高上转换发光强度的有效策略.然而,将染料分子连接经典的稀土Yb掺杂纳米粒子,并不能有效利用染料分子的敏化能力.针对这一问题,本文通过高温热分解法成功制备了Nd3+敏...     

水热法合成稀土氟化物材料YLiF4:Er,Tm,Yb的上转换发光特性

利用水热法合成了不同掺杂浓度Er^3 ,Tm^3 和Yb^3 的YLiF4材料,研究了Er^3 ,Tm^3 和Yb^3 在材料中的光吸收,以及在980nm红外光激发下样品的上转换发光特性。实验发现,在980nm激光激发下,光功率为数10mW,材料可以发出很强的白光。测量发现,蓝光来源于Tm^3 绿光来源于Er^3 ,而红光来源于Tm^3 和Er^3 的共同作用。通过分析输出光强与泵浦功率的双对数曲线,发现484nm蓝光发射,524和552nm绿光发射以及665nm红光发射均属于双光子过程,450nm蓝光和359nm紫外光属于三光子过程。分析发光机理属于协作敏化和声子辅助共振能量传递过程的结合。     

氟化锆基质材料中单掺Yb3+的上转换特性

在众多的稀土掺杂氧化物、氟化物或氟氧化物基质材料的能量上转换研究当中,Yb^3 单独掺杂的能量上转换研究在国内报道的很少。这是因为,研究者们普遍都认为Yb^3 只是一种良好的敏化剂,主要起能量转移作用。采用固相合成法,稀土Yb单独掺杂ZrF4基质材料,在1200℃烧结合成了粉末样品。样品用功率为几mW的半导体红外激光980nm激发,肉眼就可看到上转换的明亮的红光。在实验室用功率为几十mW的半导体红外激光980nm激发,用光谱仪测量到红、绿、蓝及紫4个波段的上转换荧光光谱,其波峰在412,478,558,671nm波长处,实验反复验证,认为上转换来自Yb^3 的准能级向Yb^3 基态^2F7／2的跃迁。     

提高能量上转换效率的实验探讨

通过以TeO2,GeO2,ZnF2,SiO2,PbF2等为主体的氟氧化物玻璃陶瓷基质材料的研究提出了提高上转换效率的某些条件.选择低声子能量的基质,且基质的系数接近稀土离子的M系数的氟氧化物基质材料是高效上转材料的基础,选择激发光光子能量与稀土离子、敏化稀土离子能级匹配是高效上转换材料的必要条件.为设计研究稀土掺杂能量上转换材料提供了有理论和应用价值的结果.     

碱金属共掺MgSc2O4∶Er^3+/Yb^3+纳米晶的上转换发光性能EI北大核心CSCD

通过水热法制备了碱金属离子(Li^+、Na^+、K^+)共掺的MgSc2O4∶Er^3+/Yb^3+纳米晶,获得类球状纳米晶的平均尺寸约为35 nm。通过改变碱金属离子的种类和数量,获得了增强上转换发光。发现K+离子共掺MgSc2O4∶Er^3+/Yb^3+纳米晶发光强度最佳,并且随着K^+掺杂量的不断增加,纳米晶的发射强度逐渐增强,这是由于K^+离子引入了最大的晶体场不对称性。随后,通过调控Yb^3+和Er^3+的掺杂浓度,发现发光强度最强样品为K^+离子共掺MgSc2O4∶1%Er^3+/5%Yb^3+纳米晶。研究了在980 nm激光激发下,MgSc 2O 4纳米晶中Yb^3+与Er^3+离子之间的能量传递以及上转换发光机制。     

Tm(0.1)Yb(10.9)氟氧化物玻璃的直接上转换敏化发光

本文首次研究了Tm(0.1)Yb(10.9)氟氧化物玻璃在966nm半导体激光激发下的直接上转换敏化发光现象。测量发现存在很强的^1G4→^3H6的474nm三光子和较弱的^1D2→^3H6的362nm,^1D2→^3F4的452nm,^1G4→^3F4的650nm三光子以及^3F3→^3H6的681nm二光子上转换发光。并对他们的上转换机理做了简要的讨论分析。     

NaGd(WO 4)2∶Yb^3+,Ho^3+,Cr^3+微米晶的上转换发光与温度特性

采用水热法制备了NaGd(WO4)2(NGW)∶Yb^3+,Ho^3+,Cr^3+微米晶。研究了Cr^3+离子掺杂浓度对样品的晶体结构、微观形貌、上转换发光及温度传感特性的影响。在980 nm激光激发下,所有样品均发射以546 nm为中心的较弱绿光和以660 nm为中心的强红光,分别对应于Ho^3+离子的5F4,5S2→5I8和5F5→5I8能级跃迁。随Cr^3+离子掺杂量增加,绿光发射峰强度逐渐减弱,而红光发射先增大后减小,在10%时达到最大,样品色坐标逐渐向红色区域偏移。样品的变温光谱表明,NGW∶Yb^3+,Ho^3+,10%Cr^3+微米晶具有很好的温度特性,其测温灵敏度在486 K时达到最大,约为0.0337 K^-1,比NGW∶Yb^3+,Ho^3+的灵敏度提高近1倍。     

Yb,Er:YAG中能量上转换过程研究

计算了Yb,Er:YAG晶体中Yb^3 和Er^3 离子之间交叉弛豫几率,分析了Yb,Er:YAG晶体中能量上转换过程.通过求解跃迁速率方程,得出了Yb^3 和Er^3 离子的最佳掺杂浓度.     

Er3+-Yb3+共掺磷酸盐玻璃放大器的大信号增益与量子效率理论分析

研究大信号工作状态下的Er^3 -Yb^3 共掺磷酸盐玻璃波导放大器的增益与量子转换效率。从量子转换效率的定义出发，得出了增益、抽运光功率以及量子转换效率三者之间关系的解析表达式。通过数值求解大信号工作状态下的Er^3 -Yb^3 共掺系统的速率方程与光功率传输方程，讨论了Er^3 浓度、Yb^3 浓度、Yb^3 与Er^3 浓度比率、抽运光功率以及放大器长度等因素对量子转换效率的影响。结果表明提高Er^3 浓度与增加放大器长度均有助于提高量子转换效率，高Er^3 浓度掺杂需要相应的高Yb^3 浓度与之相匹配以减小由于高浓度Er^3 掺杂引起的上转换效应，Yb^3 浓度的提高将降低器件的量子转换效率，Yb^3 -Er^3 浓度之比取1～2较好。     

氟氧化物氟化物五磷酸盐玻璃中Er3+的直接上转换增敏发光的比较

本文研究了ErYb共掺的氟氧化物玻璃 (ErYb:FOG)、氟化物ZBLAN玻璃和五磷酸盐非晶在 966nm半导体激光激发下的直接上转换敏化发光现象。发现有丰富的上转换发光现象 ,这是由于样品中Yb3 的浓度很高 ,Er3 Yb3 ,Yb3 Yb3 离子之间的相互作用和能量传递作用都很强造成的。研究发现ErYb :FOG玻璃的直接上转换增敏发光比磷酸盐大 1 0 0～ 1 0 0 0 0 0倍 ;而很有趣的结果在于氟氧化物玻璃的直接上转换增敏发光与ZBLAN玻璃接近 ;这对于提高频率上转换的综合性能是很有意义的。     

提高能量上转换效率的实验探讨

通过以TeO₂,GeO₂,ZnF₂,SiO₂,PbF₂等为主体的氟氧化物玻璃陶瓷基质材料的研究提出了提高上转换效率的某些条件.选择低声子能量的基质,且基质的M系数接近稀土离子的M系数的氟氧化物基质材料是高效上转材料的基础,选择激发光光子能量与稀土离子、敏化稀土离子能级匹配是高效上转换材料的必要条件.为设计研究稀土掺杂能量上转换材料提供了有理论和应用价值的结果. 关键词： 能量上转换 氟氧化物玻璃陶瓷 稀土掺杂