共沉淀法制备NaYF4 : Tm3+,Yb3+的上转换发光

通过共沉淀法制备Tm³⁺和Yb³⁺掺杂的NaYF₄上转换发光材料。其中Tm³⁺和Yb³⁺的摩尔分数分别为0.01%,0.1%。在室温下测试了NaYF₄ : Tm³⁺,Yb³⁺材料在300~1 100 nm的吸收光谱。利用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)测试了合成材料的物相结构和微观形貌。结果表明:NaYF₄ : Tm³⁺,Yb³⁺材料为六方相晶体,其颗粒大小约为50~60 nm,产物结晶良好,含有少量杂相。在798 nm近红外光激发下,测试了样品的上转换发光光谱。观察到了蓝、绿色上转换发光。讨论了上转换发光的可能机理,蓝光主要来源于Tm³⁺的激发态¹G₄到基态³H₆的跃迁,绿光来源于Tm³⁺的¹D₂→³H₅跃迁。     

Er3+/Tm3+共掺碲酸盐玻璃光谱特性及能量传递

采用高温熔融法制备了两系列不同掺杂比的Er³⁺/Tm³⁺共掺的碲酸盐玻璃,测试了样品的吸收光谱和在980 nm LD激发下的发光光谱、上转换发光光谱及发光寿命。讨论了Er³⁺与Tm³⁺掺杂浓度对样品光谱性质的影响,Tm³⁺离子的掺入会减弱Er³⁺的1.53 μm发光强度,但通过共振能量传递可以获得Tm³⁺的1.8 μm发光,并随着Tm³⁺离子浓度的增加而增强。同时表明Tm³⁺离子的增加会减弱Er³⁺离子在528 nm和545 nm附近的上转换绿光强度,而上转换红光出现了先增强后减弱的现象。研究了Er³⁺/Tm³⁺共掺杂碲酸盐玻璃的能量传递机制与传递效率,分析了Tm³⁺/Er³⁺离子掺杂浓度比对上转换发光的影响。     

水热法合成纳米晶NaYF4 : Er3+,Tm3+,Yb3+ 的上转换发光特性

以EDTA为络合剂,用水热法合成了Er³⁺,Tm³⁺和Yb³⁺共掺杂的NaYF₄纳米晶。XRD和TEM的结果表明:粒径约为30 nm,属于六方晶系。在980 nm半导体激光器激发下,研究了不同Er³⁺离子掺杂浓度对Tm³⁺和Er³⁺离子上转换发光性能的影响,光强与泵浦功率的双对数曲线表明,474,525,539,650 nm的发射均属于双光子过程,408 nm的发射属于三光子过程。讨论了样品的协作敏化和声子辅助共振能量传递的上转换发光机制。     

Tm3+在二苯甲酰基甲基亚砜配合物体系中对Dy3+的荧光增强效应

合成了六种高氯酸掺杂稀土(Dy³⁺,Tm³⁺)与二苯甲酰基甲基亚砜的配合物。经元素分析、稀土络合滴 定、摩尔电导率及差热-热重分析,表明配合物组成为 (Dy_x,Tm_y)L₅(ClO₄)₃·3H₂O(x : y=1.000 : 0.000,0.995 : 0.005,0.990 : 0.010,0.950 : 0.050,0.900 : 0.100,0.800 : 0.200;L=C₆H₅COCH₂SOCH₂COC₆H₅)。并详细讨论了六种稀土配合物的荧光光谱。从配合物的荧光光谱图可以看出,Tm³⁺对Dy³⁺的荧光有增强效应。这可能 是因为在惰性稀土离子Tm³⁺与活性稀土离子Dy³⁺之间有能量的传递。而且当Dy³⁺与Tm³⁺的量比为0.950 : 0.050时,掺杂配合物表现出最佳的发光性质。另外,Tm³⁺对577.4 nm处⁴F_9/2→⁶H_13/2 峰的荧光敏化作用的程度高于对487 nm处⁴F_9/2→⁶H_15/2 峰的荧光敏化作用。⁴F_9/2→⁶H_15/2 峰的荧光强度增强了212％,而⁴F_9/2→⁶H_13/2峰的荧光强度增强了264％。所以,Dy³⁺离子的两个特征峰的发射强度比趋近于1,为1.078,使得配合物在紫外灯下发白色荧光。有可能成为一类发白色荧光的发光材料。     

Tm3+和 Yb3+共掺杂PGETYA玻璃的直接敏化上转换发光

制备了一种稀土离子掺杂的PGETYA氟氧玻璃材料,它不仅具有较高的上转换发光效率,而且还避免了氟化物基质的缺点。其组分为58.52PbF₂-34.43GeO₂-3Al₂O₃ -0.05Tm₂O₃-4Yb₂O₃,以共掺杂Tm³⁺和Yb³⁺离子为上转换研究的对象。测量了该玻璃系统在980 nm LD激发下的上转换发光光谱,观察到很强的476 nm的蓝色荧光,它来源于Tm³⁺离子的¹G₄→³H₆跃迁。同时,还有两个较弱的红色荧光来源于Tm³⁺离子的¹G₄→³H₄和³F₃→³H₆跃迁。对上转换发光强度与泵浦电流关系曲线的拟合结果表明:此材料的蓝色上转换为三光子过程,红色上转换为双光子过程。     

Yb3+离子摩尔分数对Yb ∶ GAB晶体辐射陷阱的影响

测量了一系列Yb³⁺摩尔分数(0.125…1)在Yb³⁺ ∶ GdAl₃(BO₃)₄ 晶体(Yb ∶ GAB)的室温偏振吸收光谱、发射光谱。为了揭示和消除辐射陷阱对Yb³⁺光谱性质的影响,分别测量了块状、粉末和稀释粉末样品的发射光谱。为了比较不同摩尔分数和不同方式辐射陷阱的影响,采用倒易法(RM)和Fuchtbauer-Ladenburg公式(FL)来计算发射截面。实验结果表明:随着Yb³⁺离子摩尔分数的增加,辐射陷阱效应对发射光谱的影响越来越严重。在发射光谱中,随着Yb³⁺离子摩尔分数的增加,短波段发射变弱,长波段发射变强,因此,提出了Yb ∶ GAB 晶体中发射光谱的重心波长移动 Δλ与 Yb³⁺离子摩尔分数之间的经验关系来定量分析Yb³⁺离子摩尔分数变化对辐射陷阱的影响;采用稀释法能够很好消除辐射陷阱对发射光谱的影响,而粉末法对于低Yb³⁺浓度的样品能够比较好地消除辐射陷阱的影响,块状样品直接测量很难消除辐射陷阱的影响。     

LiMBO3 : Dy3+材料的发光特性

采用固相法制备了LiM(M=Ca, Sr, Ba)BO₃ : Dy³⁺材料,并研究了材料的发光特性。LiM(M=Ca, Sr, Ba)BO₃ : Dy³⁺材料的发射光谱均呈多峰发射,对应于Ca,Sr,Ba,其主发射峰分别是Dy³⁺的⁴F_9/2→⁶H_15/2(484,486,486 nm),⁶H_13/2(577,578,578 nm)和⁶H_11/2(668,668,666 nm)跃迁。监测黄色发射峰时,所得激发光 谱峰值位置相同,主激发峰分别为331,368, 397,433,462,478 nm,对应Dy³⁺的⁶H_15/2→ ⁴D_7/2,⁶P_7/2,⁶M_21/2,⁴G_11/2,⁴I_15/2和⁶F_9/2跃迁。研究了敏化剂Ce³⁺及电荷补偿剂Li⁺、Na⁺和K⁺对LiM(M=Ca, Sr, Ba)BO₃ : Dy³⁺材料发光强度的影响。结果显示:加入敏化剂Ce³⁺提高了材料的发光强度,发光强度最大处对应的Ce³⁺浓度为3%;加入电荷补偿剂Li⁺、Na⁺和K⁺后,材料的发光强度也得到了明显提高,但发光强度最大处对应的Li⁺、Na⁺和K⁺浓度不同,依次为4%、4%和3%。     

红色LiMBO3 : Re3+(Re=Eu,Sm) 发光材料的特性

采用固相法制备了红色LiM(M=Ca, Sr, Ba)BO₃ : Re³⁺(Re=Eu, Sm)发光材料,研究了材料的发光性能。研究发现LiM(M=Ca, Sr, Ba)BO₃ : Eu³⁺材料呈现多峰发射,最强发射分别位于610,615,613 nm处,分别监测这三个最强峰,所得激发光谱峰值位于369,400,470 nm。LiM(M=Ca, Sr, Ba)BO₃ : Sm³⁺材料也呈多峰发射,分别对应Sm³⁺的⁴G_5/2→⁶H_5/2、⁴G_5/2→⁶H_7/2和⁴G_5/2→⁶H_9/2跃迁发射;分别监测602,599,597 nm三个最强发射峰,所得激发光谱峰值位于374,405 nm。研究了激活剂浓度对材料发射强度的影响,结果随激活剂浓度的增大,发射强度先增强后减弱,即,存在浓度猝灭效应。实验表明,加入电荷补偿剂Li⁺、Na⁺或K⁺均可提高LiM(M=Ca, Sr, Ba)BO₃ : Re³⁺(Re=Eu, Sm)材料的发射强度。     

Y0.795-xGdxYb0.2Tm0.005F3纳米晶合成及 Tm3+和Gd3+的上转换发光

利用水热法合成了氟化物Y_0.795-xGd_xYb_0.2Tm_0.005F₃ (x=0.0,0.1,0.2,0.5,0.8)纳米晶。研究了退火后系列样品的上转换发光性质以及激发态辐射跃迁寿命。在980 nm激发下,Y_0.795-xGd_xYb_0.2Tm_0.005F₃纳米微晶样品中观察到了Tm³⁺的蓝光上转换发射及紫色、紫外发射增强现象,同时还观察到Gd³⁺的⁶D_9/2、⁶I_J、⁶P_5/2及⁶P_7/2到基态⁸S_7/2的发射。实验结果表明:样品半个波长量级的颗粒尺寸是Tm³⁺紫外上转换增强以及Tm³⁺到Gd³⁺发生有效能量传递的重要因素。     

纳米晶Gd2O3 ∶ Eu3+的制备与发光性质

利用共沉淀法制备了纳米晶Gd₂O₃ : Eu³⁺发光粉体。 在不同掺杂浓度、不同煅烧温度的系列样品中,均观测到Eu³⁺离子的特征发射。样品的晶相与发射性质的研究表明:所制备的样品经800~1 300 ℃热处理后,晶相为立方相,1 400 ℃时开始向单斜相转变。荧光强度与Eu³⁺离子掺杂浓度关系研究表明:在不同掺杂浓度中,Eu³⁺离子浓度为4%时其相对发射强度最强。在三个不同的煅烧温度中,经800 ℃煅烧的样品其发光效果最好。此外还观察到电荷转移激发态以及基质、Gd³⁺与Eu³⁺之间的能量传递。激发谱包含三部分,即电荷转移带、Eu³⁺的4f内壳层电子跃迁和Gd³⁺的激发谱。     

Sensitized thulium ultraviolet upconversion luminescence in Tm3+/Yb3+/Nd3+ triply doped nanoglass ceramics

Intense four- and five-photon ultraviolet upconversion processes through sensitization of Tm3+ ions in transparent SiO2-Al2O3-NaF-YF3 glass ceramics triply doped with Tm3+/Yb3+/Nd3+ under 796 nm excitation were investigated. Judd-Ofelt analyses evidenced the incorporation of rare-earth ions into the precipitated beta-YF3 nanocrystals. In contrast with the triply doped one, no ultraviolet upconversion luminescence was observed in the Tm3+/Nd3+ codoped glass ceramic, indicating that Yb3+ acts as bridging ions to enhance the energy transfer efficiency between Nd3+ and Tm3+. Based on the pumping power dependence of luminescence, upconversion mechanisms were proposed.     

Spectroscopic properties and mechanism of Tm^3＋/Er^3＋/Yb^3＋ co-doped oxyfluorogermanate glass ceramics containing BaF2 nanocrystals

Transparent Tm^3＋/Er^3＋/yb^3＋ co-doped oxyfluorogermanate glass ceramics containing BaF2 nanocrystals are prepared. Under excitation of a 980-nm laser diode （LD）, compared with the glass before heat treatment, the Tm^3＋/Er^3＋/yb^3＋ co-doped oxyfluorogermanate glass ceramics can emit intense blue, green and red up-conversion luminescence and Stark- split peaks; X-ray diffraction （XRD） and transmission electron microscope （TEM） results show that BaF2 nanocrystals with an average diameter of 20 nm are precipitated from the glass matrix. Stark splitting of the up-conversion luminescence peaks in the glass ceramics indicates that Tm^3＋, Er^3＋ and （or） Yb^3＋ ions are incorporated into the BaF2 nanocrystals. The up-conversion luminescence intensities of Tm^3＋, Er^3＋ and the splitting degree of luminescence peaks in the glass ceramics increase significantly with the increase of heat treat temperature and heat treat time extension. In addition, the possible energy transfer process between rare earth ions and the up-conversion luminescence mechanism are also proposed.     

Dy3+单掺和Er3+,Yb3+共掺氧氟微晶玻璃的发光性能

采用高温熔融法和热处理工艺制作了含有GdF3纳米晶的氧氟微晶玻璃。在386 nm激发下,Dy3+掺杂氧氟微晶玻璃的发光强度明显增强,且蓝光对黄光的发光强度比逐渐增大,表明Dy3+已进入到GdF3纳米晶中。在980 nm激光器泵浦下,Er3+,Yb3+共掺氧氟微晶玻璃的上转换发光随着热处理温度的升高明显增强,Er3+的上转换发光出现明显的Stark分裂现象,这亦说明Er3+已进入到GdF3纳米晶相中。通过研究上转换发光强度与泵浦功率的关系,确定绿光上转换发光为双光子过程。     

Tm3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃的近红外发光及能量传递机理

采用高温熔融法制备了组分为TeO2-ZnO-Na2O的Tm3+离子单掺和Tm3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃,应用Judd-Ofelt理论计算分析了玻璃样品的强度参量Ωt(t=2,4,6),自发辐射跃迁几率A,荧光分支比β和荧光辐射寿命τrad等光谱参量,测量得到了不同Yb3+离子掺杂浓度下玻璃样品的Tm3+离子上转换发光谱.结果显示,在980nm泵浦光激励下玻璃样品发射出强烈的近红外上转换荧光.对Tm3+离子上转换发光分析表明,强烈的Tm3+离子近红外上转换发光主要来自于Yb3+/Yb3+离子间的共振能量传递以及基于单声子和双声子辅助的Yb3+/Tm3+离子间的非共振能量传递过程,并进一步计算得到了声子贡献比和能量传递系数.最后,计算分析了Tm3+∶3 F4→3 H6能级间跃迁的1.8μm波段吸收截面、受激发射截面和增益系数.研究表明,Yb3+/Tm3+共掺TeO2-ZnO-Na2O玻璃可以作为近红外波段固体激光器的潜在增益基质.     

Tm~(3+)/Yb~(3+)共掺氟氧化物碲酸盐玻璃的上转换发光及光学温度传感

采用高温熔融淬火法成功的合成了Tm~(3+)/Yb~(3+)共掺杂的含有不同浓度Tm~(3+)的氟氧化物碲酸盐玻璃.测量了样品的吸收光谱,结果表明Yb~(3+)和Tm~(3+)成功掺入到玻璃基质中.在980nm激发下,样品在801nm(3H4→3H6)发射最强,在476nm(1G4→3H6)和651nm(1G4→3F4)发射较弱;分析了上转换发光强度与Tm~(3+)浓度依赖关系,确定了上转换发光的最佳掺杂浓度为0.1%Tm2O3;探讨Tm~(3+)的上转换发光机理和Tm~(3+)的浓度猝灭机理,结果表明在980nm激发下Tm~(3+)获得的能量主要来自于Yb~(3+)→Tm~(3+)的量传递,Tm~(3+)的浓度猝灭机理为Tm~(3+)-Tm~(3+)之间的交叉弛豫导致的无辐射能量传递,根据能量匹配的原则,给出可能的交叉弛豫通道.此外,在980nm激发以3F2,3和3H4作为热耦合能级研究分析了Tm~(3+)在氟氧化物碲酸盐玻璃中的温度传感性能,结果表明灵敏度随温度的升高而升高,说明Tm~(3+)掺杂的氟氧化物碲酸盐玻璃可以作为光纤传感材料,且在高温灵敏度更佳.     

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。     

798 nm半导体激光激发下Yb3+, Tm3+:ZBLAN玻璃的上转换发光

在用７９８ｎｍ半导体激光直接激发Ｔｍ＾３＋离子至＾３Ｆ４能级时,Ｔｍ＾３＋和Ｙｂ＾３＋共掺的锆系氟化物（Ｔｍ＾３＋,Ｙｂ＾３＋;ＺＢＬＡＮ）玻璃中观测到了较强的上转换蓝光。分析了发光机理：Ｔｍ＾３＋离子把能量传递给Ｙｂ＾２＋离子,被激发的Ｙｂ＾３＋离子又把能量传递给Ｔｍ＾３＋离子,从而把Ｔｍ＾３＋激发至发射蓝光的能级＾１Ｇ４和＾１Ｄ２。对这种泵浦机制的特点进行了讨论。     

Er3+掺杂含Ba2LaF7纳米晶氧氟硼硅酸盐玻璃陶瓷发光性能的研究

制备了含有Ba2LaF7纳米晶的Er3+掺杂氧氟硼硅盐玻璃陶瓷,并对其光谱特性进行了研究.根据X射线粉末衍射结果可确认制备出Ba2LaF7纳米晶.根据吸收曲线计算了相应的Judd-Ofelt参数,Ω2 随着热处理温度的升高而减小,证明Er3+离子进入到Ba2LaF7纳米晶中.由于Ba2LaF7纳米晶的低声子能量,在玻璃陶瓷中观察到强烈的红光和绿光上转换发光,其上转换发光机理可以归为双光子过程.     

ZBLAN玻璃中Nd~(3+),Tm~(3+),Yb~(3+)的上转换发光特性

采用高温固相法制备了Nd,Tm和Yb掺杂的ZBLAN玻璃上转换材料.Tm3+,Yb3+的摩尔浓度分别固定为0.01%,0.3%,Nd3+摩尔浓度变化范围为0.1%～2%.在室温下,测试了样品在300～1 000nm间的吸收光谱.在798 nm近红外光激发下,测试了样品的上转换光谱.实验发现,样品在798 nm红外光激发下发出了较强的多波段(红,蓝和绿)的可见光.由上转换可见光各波段的发射谱线,给出了能级跃迁机制.蓝光主要来源于Tm3+的激发态1G4到基态3H6的跃迁,绿光来源于Nd3+的2H7/2到基态4I9/2的跃迁,红光来源于Nd3+的2H11/2到基态4i9/2的跃迁.研究发现,在Nd3+,Tm3+,Yb3+:ZBLAN玻璃样品中存在激发态吸收,能最转移和交叉弛豫等上转换过程.其发光机理是Nd3+,TM3+和Yb3+离子之间的能量转移.根据Nd3+摩尔浓度不同其上转换发光强度不同,分析了掺入稀土的浓度对上转换发光效率的影响.当Nd3+浓度为1.5%(摩尔分数)时上转换发光最强,大于1.5%后发光开始减弱.     

Near-infrared quantum cutting in transparent nanostructured glass ceramics

Quantum cutting downconversion involving the emission of two near-infrared photons for each blue photon absorbed is realized in transparent glass ceramics with embedded Pr3+/Yb3+: beta-YF3 nanocrystals. On excitation of Pr3+ ions with a visible photon at 482 nm, Yb3+ ions emit two near-infrared photons at 976 nm through an efficient cooperative energy transfer from Pr3+ to Yb3+, with optimal quantum efficiency close to 200%. The development of the near-infrared quantum cutting transparent glass ceramic could open a route to enhance the energy efficiency of the silicon solar cell by converting one blue solar photon to two near-infrared ones.