Er~(3+)及Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂纳米晶CaWO_4的发光性质

利用共沉淀法制备了Er3+掺杂及Er3+/Yb3+共掺杂纳米晶CaWO4发光粉体,室温下观察到Er3+的下转换和上转换特征发射。研究了不同煅烧温度、不同掺杂浓度对Er3+离子特征发射的影响。结果表明:随着煅烧温度的升高,发射强度增强;掺杂浓度的改变,导致了Er3+的浓度猝灭现象,其适宜的掺杂原子数分数为0.6%。同时观测到O-W的电荷迁移态与稀土离子之间的能量传递现象,并给出了能量传递的模型。对Er3+的上转换研究观察到:在976nm激光激发下Yb3+对Er3+的上转换发射起到了很好的敏化作用,两个Yb3+同时将能量以共振方式传递给一个Er3+离子,Er3+、Yb3+共掺杂样品的绿光上转换过程展示了双光子过程。     

BaMgF_4:Er~(3+),Yb~(3+)上转换纳米晶的合成及其发光性能研究

采用反向共沉淀法制备了形貌呈棒状的BaMgF4:Er3+,Yb3+上转换纳米晶.样品在980 nm半导体激光器激发下发射绿色和红色上转换荧光,其发射的绿、红发射带归因于Er3+离子的2H11/2—4I15/2,4S3/2—4I15/2和4F9/2—4I15/2跃迁.当Er3+的掺杂浓度为3%,Yb3+离子掺杂浓度为10%时,荧光粉的上转换发光强度最强;随着Yb3+离子浓度的增加样品的红光发射增强,绿光发射减弱.通过上转换发光强度与抽运电流关系曲线的拟合,得出BaMgF4:Er3+,Yb3+上转换材料的绿光与红光的上转换过程均为双光子吸收过程.     

纳米晶ZrO2∶Er^3＋的制备及发光性质

制备了纳米晶ZrO2∶Er3 发光粉体,所制备的粉体室温下具有Er3 离子特征荧光发射,主发射有蓝光和绿光两部分,其中位于406,474nm的蓝光较强。对不同煅烧温度下所制备的样品研究表明:因不同温度下所制得样品的晶相不同,绿光区的发光中心也不同。当四方相和单斜相达到一定的比例时,发光最强。同时观测到Er3 离子的上转换发射(包括绿光和红光两部分)。讨论了上转换发射的跃迁机制,976nm激发下的上转换过程是双光子过程。荧光强度与Er3 的掺杂浓度关系研究表明,Er3 在ZrO2中有浓度猝灭现象,最适宜掺杂浓度的原子数分数为0.9%(Er3 /Zr4 )。     

纳米晶ZrO2:Er3+的制备及发光性质

制备了纳米晶ZrO2:Er3 发光粉体,所制备的粉体室温下具有Er3 离子特征荧光发射,主发射有蓝光和绿光两部分,其中位于406,474 nm的蓝光较强.对不同煅烧温度下所制备的样品研究表明:因不同温度下所制得样品的晶相不同,绿光区的发光中心也不同.当四方相和单斜相达到一定的比例时,发光最强.同时观测到Er3 离子的上转换发射(包括绿光和红光两部分).讨论了上转换发射的跃迁机制,976 nm激发下的上转换过程是双光子过程.荧光强度与Er3 的掺杂浓度关系研究表明,Er3 在ZrO2中有浓度猝灭现象,最适宜掺杂浓度的原子数分数为0.9%(Er3 /Zr4 ).     

纳米晶ZrO2:Er3+-Yb3+的制备及其室温上转换发射

用化学共沉淀法制备了ZrO2:Er3+-Yb3+纳米晶粉体,所制备的纳米晶粉体具有较强的室温上转换发射和红外发射.研究了样品的晶体结构和上转换发光性质随着Yb3+掺杂浓度和煅烧温度的变化关系.通过X射线衍射谱分析发现,经800 ℃煅烧2 h后得到的ZrO2:Er3+-Yb3+纳米晶是四方相和单斜相的混合结构,经950 ℃煅烧2 h后得到的样品以单斜相为主,随着Yb3+浓度的增加四方相增多.对800 ℃煅烧下Er3+, Yb3+共掺的样品,随着Yb3+浓度的增加,绿光和红光上转换发射强度都增大,但是红光上转换发射谱发射强度的增长幅度明显要强于绿光上转换发射谱发射强度的增长幅度.对样品上转换发射谱的分析发现,上转换红光、绿光的发射都是双光子过程.     

Yb~(3+)/Er~(3+)掺杂氟氧化物微晶玻璃的制备与发光性能

采用高温熔融法制备了Yb3+/Er3+掺杂的氟氧化物发光微晶玻璃,确定了最佳熔化温度(1 100℃)和退火温度(440℃,480℃)。测定得到基质玻璃的透过率为85%,掺入稀土后,透过率有所下降,并出现了稀土离子的特征吸收峰。980 nm半导体激光器(LD)激发下样品的上转换发射光谱存在4个明显的发射峰,分别为410,532,546和656 nm,对应于2H9/2→4I15/2,2H11/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁。研究了不同Yb3+/Er3+(摩尔分数)和Er3+浓度对上转换发光强度的影响,当Yb3+∶Er3+=4∶1、Er3+摩尔分数为1.5%时,上转换发光强度达到最高。根据发光强度与泵浦功率之间的关系,确定了上转换发射均为双光子过程。讨论了Yb3+,Er3+离子间的能量传递,建立了上转换发光机制。     

水热法合成纳米晶NaYF_4∶Er~(3+),Tm~(3+),Yb~(3+)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。     

Er3+及Er3+/Yb3+掺杂ZrO2-Al2O3的制备及发光性质

采用共沉淀法制备了纳米晶ZrO₂-Al₂O₃∶Er³⁺发光粉体.所制备的粉体室温下具有Er3+离子特征荧光发射,主发射在绿光,其中位于547 nm、560 nm的绿光最强,并得出稀土离子与基质之间有能量传递.对不同煅烧温度下的样品研究表明:因不同温度下所制得的样品晶相不同.研究了纳米晶ZrO2-Al2O3∶Er3+及ZrO₂-Al₂O₃∶Er³⁺/Yb³⁺的上转换发光,并分析了上转换的跃迁机制.发现ZrO₂-Al₂O₃∶Er³⁺的绿光为双光子过程,而ZrO₂-Al₂O₃∶Er³⁺、Yb³⁺的上转换光谱中,红光和绿光也为双光子过程,而极弱的蓝光为三光子过程.讨论了Er³⁺的浓度猝灭现象.最适宜掺杂浓度的原子分数为2%（Er³⁺/Zr⁴⁺）.     

Er~(3+)/Eu~(3+)及Yb~(3+)/Er~(3+)/Eu~(3+)共掺杂硼硅酸盐玻璃的上转换发光分析

采用高温固相烧结法制备了Er3+/Eu3+共掺杂和Yb3+/Er3+/Eu3+共掺杂系列硼硅酸盐玻璃样品。在978 nm半导体激光器抽运下,测量了样品的光致发光谱,分析了上转换机制。结果表明:随着Er3+浓度的增加,Eu3+的595 nm光谱强度增强;Eu3+的692 nm光谱强度随Yb3+浓度增加而增强,并明显强于595 nm光谱。Er3+/Eu3+、Yb3+/Eu3+之间的能量传递和合作上转换等机制导致Eu3+离子上转换发射。     

掺杂浓度对BaGd_2ZnO_5∶Er~(3+)/Yb~(3+)荧光粉上转换发光的影响

采用传统高温固相法合成了一个系列不同Er3+浓度单掺的BaGd2ZnO5荧光粉和两个系列分别改变Er3+、Yb3+浓度的共掺杂BaGd2ZnO5荧光粉.采用X射线衍射对得到荧光粉的晶体结构进行了分析,证实所有产物均为纯相BaGd2ZnO5,掺杂浓度的变化未引起晶相改变.采用980nm激光作为激发源,在同样条件下测量了不同稀土掺杂浓度样品的上转换发射光谱.实验发现Er3+单掺杂样品的绿色上转换发光强于红色上转换发光;当Yb3+浓度为20%,不同Er3+浓度共掺杂样品的红色上转换发光强于绿色发射上转换发射;而固定Er3+浓度为5%,不同Yb3+浓度样品的红色和绿色上转换发射强度均较强.研究了不同稀土离子掺杂浓度样品的上转换发光强度与激光器工作电流(即不同激发功率密度)的关系,通过分析发现所有样品的红色和绿色上转换发光均为双光子过程.计算了不同稀土掺杂浓度样品的色坐标,发现掺杂浓度对样品色坐标具有较大影响,通过调整掺杂浓度可对色坐标进行调整.     

Er3+单掺及Er3+/Yb3+共掺SiO2-Al2O3-La2O3玻璃光谱性质研究

研究了单掺Er³⁺及Er³⁺/Yb³⁺共掺SiO₂-Al₂O₃-La₂O₃玻璃的光谱性质随稀土离子浓度变化规律,应用McCumber理论计算了玻璃在1.53 μm的发射截面及积分吸收截面.结果表明:在Er³⁺离子掺杂浓度相同时,玻璃在980 nm吸收截面与Yb³⁺掺杂浓度成反比;当样品中Yb³⁺离子掺杂浓度为3.94×10²⁰ cm^-3时,玻璃在1.53 μm的吸收截面和发射截面最大,在1.40～1.60 μm积分吸收截面也最大;Er³⁺/Yb³⁺共掺SiO₂-Al₂O₃-La₂O₃玻璃在1.53 μm的荧光半高宽随Er³⁺掺杂浓度升高而增加,当Er³⁺离子掺杂浓度为2.41×10²⁰ cm^-3时,玻璃的荧光半高宽(FWHM)达到52.5 nm.     

980 nm激发下Er3+/Yb3+共掺杂ZrO2-Al2O3粉末的上转换发光特性

通过固相反应法制备了Er3+/Yb3+共掺杂ZrO2-Al2O3粉末的样品,并对样品在980nm激光激发下的上转换发光特性进行了研究.从发射光谱可以发现,在可见光范围内有3个强的发光带,一个位于654nm附近的红光带和两个分别位于545nm、525nm附近的绿光带,分别对应于Er3+离子的以下辐射跃迁:4F9/2→4I15/2、4S3/2→4I15/2、2H11/2→4I15/2.其中又以Er3+离子的4F9/2→4I15/2跃迁产生的红色荧光辐射最强.对其上转换发光机制进行了分析,发现这三个发光过程都是双光子过程.对样品粉末进行了XRD检测,发现ZrO2主要以立方相为主,并且计算得到了这种立方结构的晶格常数.Al2O3固溶于ZrO2中,Al3+嵌入ZrO2后产生氧空位,导致ZrO2晶体的对称性降低,这种结构变化更有利于提高上转换效率,即上转换发光强度增强.     

Er^3＋：Y2O3透明陶瓷制备及发光性质研究

以Y2O3为基质材料,掺杂不同含量的Er3 ,采用共沉淀法制备出性能良好的Er3 :Y2O3纳米粉,并将粉体在1 700℃和真空度为1×10-3Pa下烧结8 h得到Er3 :Y2O3透明陶瓷.用X射线衍射仪(D/MAX-RB)、透射电子显微镜(EM420)、自动记录分光光度计(DMR-22)、荧光分析仪(F-4500)和发射波长为980 nm的半导体激光器分别对样品的结构、形貌和发光性能进行了研究.结果表明:Er3 完全固溶于Y2O3的立方晶格中,Er3 :Y2O3粉体大小均匀,近似球形,尺寸约40～60 nm左右.Er3 :Y2O3透明陶瓷相对密度为99.8%,在长波长范围内其透光率超过60%,在波长为980 nm的激光下有两个上转换发光带,其中绿色发光中心波长位于562 nm,红色发光中心波长位于660 nm,分别对应4S3/2/2H11/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2的跃迁;随着铒浓度的提高颜色从绿色向红色转变,Er3 的掺杂浓度不宜超过2%,超过这个范围,对材料发光强度的增强作用反而很小.     

Er3＋-Yb3＋-Mo6＋共掺杂ZrO2-Al2 O3固溶体的上转换发光

采用共沉淀法制备了一系列Al2 O3含量由低到高的ZrO2-Al2 O3固溶体,并研究了固溶体的晶相结构以及稀土Er3＋在固溶体中的上转换发光增强机制。XRD结果表明固溶体为四方晶相ZrO2结构,Al2 O3的最高固溶度约为20 mol％。上转换发光光谱分析表明,Er3＋掺杂ZrO2室温下具有绿色上转换荧光发射,通过共掺杂Yb3＋和M o6＋离子,使得Er3＋掺杂ZrO2的绿色上转换发光强度增强了约20倍,获得了明亮的黄绿色上转换发光。基质ZrO2通过与Al2 O3固溶形成复合氧化物,由于产生的大量氧空位缺陷的能级与Er3＋的4 F7/2能级高度相接近,增强了Yb3＋-MoO2-4基团（2 F7/2,3 T2）能级向Er3＋的4 F7/2能级的能量传递。通过形成固溶体复合氧化物基质材料,使得Er3＋的绿色上转换发光在获得20倍增强的基础上又提高了8倍。绿色与红色上转换发光比例的变化也提高了材料的色纯度,上转换发光由黄绿色变为纯绿色。     

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。     

掺杂Er^3＋的TiO2的发射光谱研究

用无水乙醇、冰醋酸、钛酸丁酯凝胶法制备了掺杂Er^3＋的TiO2粉末，测量了其在488m激发下的Stokes发射光谱和980nm激发下的上转换发光光谱。在可见光范围内，观察到了绿光和红光，绿光从500-570nm，对应Er^3＋的^2H11/2,^4S3／2→^4I15/2，红光从650～690m，对应Er^3＋的^4F9／2→^4I15／2的跃迁。由ln Ivis-In Iin曲线可知，绿光和红光均为双光子过程，光强正比于泵浦功率的二次方，即Iout ∝Iin。初步研究了此材料的上转换过程。     

Er3+及Er3+/Yb3+共掺铋酸盐玻璃光谱性质研究

制备了Ed3+及Ed3+/Yb3+共掺铋酸盐玻璃,测试了样品的吸收光谱、荧光光谱.应用Judd-Oflet理论计算了Er3+在铋酸盐玻璃中的光谱强度参数,分别为Ω2=(5.47-2.92)×10-20cm2,Ω4=(2.16-1.22)×10-20cm2,Ω6=(1.29-0.80)×10-20cm2.比较了Er3+及Er3+/Yb3+共掺铋酸盐玻璃在980 nm附近的吸收截面和1.5μm的荧光发射光谱强度,Er3+/Yba+共掺铋酸盐玻璃的荧光光谱半高宽达到91 nm,比Er3+单掺铋酸盐玻璃大15 nm.用McCumber理论计算了Ed3+在1.5 μm的受激发射截面σe=1.00×10-20cm2.比较了Ed3+在不同基质中的光谱特性,结果表明铋酸盐玻璃更适合作为掺铒光纤放大器的基质材料.     

Er^3+,Cr^3+共掺杂BaAl2Si2O8荧光粉的发光性质及能量传递

利用高温固相法合成BaAl2Si2O8:Cr^3+,Er^3+系列荧光粉,研究了Cr^3+和Er^3+掺杂对BaAl2Si2O8材料发光特性的影响.BaAl2Si2O8:Er^3+荧光样品在393 nm激发波长下只呈现出峰值为550 nm的绿色荧光,来源于2H11/2→4I15/2和4S3/2→4I15/2跃迁的叠加.BaAl2Si2O8:Cr^3+荧光样品在550 nm激发波长下呈现峰值为694 nm的红色荧光,来源于2E→4A2的跃迁.在共掺杂样品BaAl2Si2O8:Cr^3+,Er^3+中,用Cr^3+激发峰的凹槽处380 nm作为激发光,得到的发射峰不仅有Er^3+的发射峰位,还有Cr^3+的发射峰位,说明两个离子之间可能存在辐射能量传递;对共掺杂BaAl2Si2O8:1%Cr^3+,x%Er^3+样品的荧光光谱进行测试,随着x的增加,Cr^3+的激发和发射光谱强度均有所增加,并且当x=0.5时,光谱强度是原来的4倍.另外,当固定Cr^3+的浓度时,随着Er^3+的浓度增加,Cr^3+的荧光寿命逐渐增加;当固定Er^3+的浓度时,随着Cr^3+的浓度增加,Er^3+的荧光寿命逐渐减小.这些现象表明了Er^3+和Cr^3+之间存在共振能量传递,通过理论计算得到Er^3+和Cr^3+之间的能量临界距离为4.5 nm,属于电偶极-电偶极相互作用.     

Er-Y共掺杂ZrO2的Raman光谱和Er3+的荧光光谱

采用柠檬酸溶胶凝胶法制备Er-Y共掺杂的具有单斜、四方和立方结构的ZrO2基复合氧化物．用XRD和Raman对复合氧化物结构和不同晶相环境中Er3+的荧光光谱进行了表征．结果表明，掺杂Er3+在三种不同晶相Y-ZrO2中表现出不同的荧光特征．随着基体ZrO2由单斜相逐渐向四方和立方相转变，其荧光谱峰位置对称性提高，峰分裂数减少，谱带逐步向单峰转变．在632.8 nm激发下的Raman图谱有Er3+的荧光干扰，在514.5 nm下则以荧光光谱为主体，不能获得Raman信号，在325 nm激发下无荧光干扰．XRD和紫外Raman二种方法对物相表征结果的差别是由于样品体相和表面不一致，表层容易生成比内层结构对称性更低的物相造成的．     

Er3+:YVO4中Er3+的光谱参数计算

根据掺杂Er3+(0.5%)的YVO4样品的吸收光谱,用Jubb-Ofelt理论拟合出唯象强度参最Ωλ,并由此计算了激发能级的振子强度、自发辐射跃迁速率、荧光分支比和积分发射截面等光谱参量.并根据这些光学参量,分析了Er3+:YVO4晶体的应用价值.其中,特别是4I13/2→4I15/2, 2H11/2→4I15/2, 4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2等几个强发光能级具有较大的振子强度(大于10-6)和积分发射截面(大于10-18cm),分别分析了它们的应用前景,因此非常值得关注.并且,本文结果和Capobianco等所报道的Er3+(2.5 mol%):YVO4晶体强度参量结果很相近.而且,通过比较掺Er3+钒酸钇晶体和掺Er3+其他晶体的光学性能,可以看出钒酸钇晶体作为激光晶体的优点.最后,还根据Er3+在晶体中的对称性,利用群论讨论了Er3+在YVO4晶场中各能级的劈裂情况.