电子俘获材料的红外上转换效率

采用稀土直接掺杂工艺提高了电子俘获材料CaS:Eu,Sm和CaS:Ce,Sm的发光亮度和制备效率,并利用超短脉冲红外激光测试了它们的红外上转换效率.借助等离子体质谱技术检测了硫化助熔剂法和稀土直接掺杂工艺合成电子俘获材料中主要掺杂剂的化学计量比,分析了影响电子俘获材料上转换发光效率的主要因素.     

利用表面微结构提高波长上转换红外探测器效率

波长上转换红外探测器具有实现大面阵焦平面的优势, 但光提取效率是制约器件整体效率的关键因素之一. 本文主要研究利用表面微结构来提高波长上转换红外探测器的效率. 首先通过仿真计算研究了表面微结构参数对光提取效率的影响, 然后基于优化设计的参数, 采用聚苯乙烯纳米球掩膜刻蚀的方法制作了具有圆台型表面微结构的波长上转换红外探测器. 测试结果表明, 具有表面微结构的器件的光提取效率比无表面微结构的器件提高了130%. 本文制作表面微结构的方法可以实现波长上转换红外探测器件整体效率的提高.     

FTIR显微镜/ATR物镜法检测圆珠笔迹的研究

纸面上的圆珠笔迹,因其颜色深、纸面反射率低等诸多原因,在FTIR显微镜上用反射方式直接对其检测效果很差.在FTIR显微镜上加用ATR物镜,利用物镜与纸面笔迹接触的ATR检测原理,得到了圆珠笔迹和纸纤维的混合红外光谱,扣除纸纤维的红外光谱,使用差谱法得到圆珠笔迹的红外光谱,谱图中的3个强吸收峰分别是1 581,1 361和1 172 cm-1,这些峰都来源于三苯甲烷类染料,另外1 724 cm-1的羰基吸收来自于圆珠笔油墨中油剂类的醇酸树脂,使用3D-Mapping软件显示了1 581 cm-1在纸面上的强度分布.这种检测方式既得到了清晰的红外光谱图,提供了丰富的笔迹信息,又保护了被检样品的原始性.     

利用纳米球提高红外波长上转换探测器效率

在红外波长上转换探测器氮化硅(SiN_x)钝化层制作单层六角密排的二氧化硅(SiO_2)纳米球阵列,以提高红外波长上转换探测器的整体效率.采用自组装的方法在器件钝化层上制备了直径分别约为300,450,750和1000 nm的SiO_2纳米球,并与无表面微纳结构器件进行对比测试.结果表明:钝化层附着SiO_2纳米球能有效地提高红外波长上转换器的光提取效率;当SiO_2纳米球直径为750 nm时的光提取效率最优,是无表面微纳结构器件的2.6倍,可实现低成本制作高效率红外波长上转换探测器.     

油墨红外光谱相似度与计算机配色精度的关系研究

为了获得高精度的配色样品，提出了一种配色方法-成分分析配色法。该方法将化学分析法与计算机配色相结合，其核心是选取与目标色成分最接近的油墨进行配色，从而实现高精度的色彩匹配，为计算机配色发展提供新的思路。与目标色成分相近的油墨配色效果验证：使用某种油墨印制目标色，并用相同的油墨进行配色，以实现目标色成分与配色色样成分的一致性。使用三个不同品牌的油墨对目标色进行配色，比较配色精度及效率。使用泗联牌三种颜色油墨以任意比例通过印刷适性仪IGT-CI(荷兰)印制目标色，这些目标色包括间色和复色，各3个色样；使用配色软件X-Rite color master(美国)建立泗联、东洋、牡丹三个品牌油墨的配色基础数据库，并对不同目标色进行配色。结果表明使用与目标色相同的泗联油墨的配色精度远高于东洋、牡丹两个品牌的油墨，配色色差整体都很小，校正1～2次就能得到小于1.0的色差，最小达到0.36，几乎实现了目标色的同色同谱匹配。实验验证了成分分析配色法的核心“选取与目标色成分最接近的油墨进行配色，可以实现高精度色彩匹配”的可行性。判别目标色与配色油墨在成分上区别的化学分析工具探讨：为了判别目标色色料与配色油墨在成分上有区别，尝试使用“红外光谱相似度”作为判别的分析工具。使用红外光谱仪Thermo Nicolet 6700(美国)测出泗联、东洋、牡丹三个品牌的三种颜色油墨的红外光谱图，使用OMNIC软件中的相关性算法得到它们与目标色油墨的红外光谱相似度，并计算出平均相似度；将各品牌油墨的红外光谱相似度与其配色实验的精度进行对比分析，评价红外光谱相似度作为化学分析判别工具的有效性。结果表明泗联牌油墨与目标色的平均红外光谱相似度为100%，东洋的为86.53%，牡丹的为64.63%。当校正次数相同时，泗联油墨配色色差最小，配色精度最高；东洋次之，是泗联油墨配色色差的2倍左右；牡丹最差，是泗联油墨配色色差的3倍以上。配色结果与其红外光谱相似度的规律是一致的，目标色油墨与配色油墨之间的红外光谱相似度越高，越容易得到高精度的配色样品。实验证明了用成分分析配色法获得高精度的色彩匹配是可行的，使用红外光谱相似度作为目标色与配色油墨在成分上的分析工具对判别配色精度是有效的。今后的工作将探讨红外光谱相似度与配色精度间的相关性数值关系，以及进一步寻求更为有效的化学分析方法来判断目标色色料与配色油墨之间的成分关系。     

基于伪模态转换的红外目标融合检测算法

为提高红外图像目标检测的精度和实时性,提出一种基于伪模态转换的红外目标融合检测算法.首先,利用双循环的生成对抗网络无需训练图像场景匹配的优势,获取红外图像所对应的伪可见光图像;然后,构建残差网络对双模态图像进行特征提取,并采取add叠加方式对特征向量进行融合,利用可见光图像丰富的语义信息来弥补红外图像目标信息的缺失,从而提高检测精度;最后,考虑到目标检测效率问题,采用YOLOv3单阶段检测网络对双模态目标进行三个尺度的预测,并利用逻辑回归模型对目标进行分类.实验结果表明,该算法能够有效地提高目标检测准确率.     

CaS∶Eu,Sm红外上转换薄膜光谱性能分析

为研究红外上转换材料CaS∶Eu,Sm的光谱性能,搭建了实验平台,对其荧光谱、红外激励发光谱(上转换发光谱)、红外激励谱、荧光余辉衰减曲线、红外激励发光衰减曲线进行了测试.实验结果表明:CaS∶Eu,Sm可被450~550nm的光激发,荧光激发波峰位于470nm,红外响应波段为800~1 600nm,红外激励波峰为1 200nm.     

用硫化助熔剂法合成红外上转换材料的研究

本文采用一种优化的硫化助熔剂方法合成了红外上转换材料,这种材料能够在室温下将红外光转换成可见光。这种新工艺在反应效率、生产成本、环境保护、工艺难度等方面均优于传统的热熔工艺。文章给出了红外上转换材料的激励光谱和发射光谱。     

衰减全反射红外光谱法无损检验喷墨打印文件的油墨

利用傅里叶红外变换光谱中的衰减全反射（水平-ATR）技术无损测定了喷墨打印文件常用的惠普（Hp）、佳能（Canon）、爱普生（Epson）三大品牌特定油墨及其相应替代油墨,根据其红外光谱的特征吸收,可将这3种油墨及其替代油墨加以区分鉴定,该方法对样品进行无损检验,为喷墨打印油墨的种类识别提供了一种快速、准确、适用的鉴定方法。     

存储型上转换发光材料CaS∶Eu,Sm的发光机理研究

采用低温燃烧合成(LCS)法制备了存储型上转换发光材料CaS∶Eu,Sm,并对其上转换发光机理进行了研究.研究表明:样品的激发光谱位于200～600nm之间,紫外或可见光均可有效地激发该材料来完成充能过程,且可见光激发占优势;样品的红外响应光谱范围为800～1600nm,由辅助激活离子Sm所形成的劈裂的深陷阱能级是该材料具有宽频谱红外转换特性的根本原因;样品的热释光谱高温峰值位于351.02℃,计算得到的陷阱能级深度为0.82eV,深度适中,利于激发能的储存和上转换发光的产生.     

Up-conversion detection of mid-infrared light carrying orbital angular momentum

Frequency up-conversion is an effective method of mid-infrared (MIR) detection by converting long-wavelength photons to the visible domain, where efficient detectors are readily available. Here, we generate MIR light carrying orbital angular momentum (OAM) from a difference frequency generation process and perform up-conversion on it via sum frequency conversion in a bulk quasi-phase-matching crystal. The maximum quantum conversion efficiencies from MIR to visible are 34.0%, 10.4%, and 3.5% for light with topological charges of 0, 1, and 2, respectively, achieved by utilizing an optimized strong pump light. We also verify the OAM conservation with a specially designed interferometer, and the results agree well with the numerical simulations. Our study opens up the possibilities for generating, manipulating, and detecting MIR light that carries OAM, and will have great potential for optical communications and remote sensing in the MIR regime.     

掺Gd3+的LiYF4∶Yb3+/Ho3+微米晶体制备以及在防伪中的应用研究

研究一种具有良好上转换发光性能的稀土掺杂发光材料,对于防伪技术领域具有非常重要的意义。为了改善LiYF₄∶Yb3+/Ho3+微米晶体的上转换发光性能,采用水热合成法成功制备了一系列Gd3+掺杂的LiYF₄∶Yb3+/Ho3+微米晶体,并采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的相纯度和晶体形貌尺寸进行表征;在980 nm激光激发下,通过荧光光谱测试对LiGd_xY_1-xF₄∶Yb3+/Ho3+微米晶体的上转换发光性能进行分析。首先,研究了LiGd_xY_1-xF₄∶Yb3+/Ho3+微米晶体的晶体结构、尺寸、形貌和上转换发光性能的影响。结果显示,LiGd_xY_1-xF₄∶Yb3+/Ho3+微米晶体样品的XRD衍射峰与四方相的LiYF₄标准卡（PDF#17-0874）特征峰的位置完全对应且没有其他杂峰,SEM实验结果显示晶体形貌为八面体形状,表明成功合成了纯四方相的LiGd_xY_1-xF₄∶Yb3+/Ho3+微米晶体;荧光光谱测试结果显示,样品的上转换发光强度随着Gd3+掺杂比例的升高呈现出先增强后减弱的趋势,并且在Gd3+掺杂浓度为30 mol%时达到最强。其次,进一步研究了Gd3+掺杂浓度30 mol%样品的上转换发光性能与激发功率之间的关系,激发功率为0.5~1.5 W。LiGd_0.3Y_0.49F₄∶Yb3+/Ho3+微米晶体的红色和绿色上转换发光强度之比(R/G)随着激发功率的增加只发生大约12%的变化,样品的上转换发光并没有因为激发功率的增加而发生明显的变色,仍然可以发出稳定明亮的绿色光。这一现象表明,Gd3+的掺入很好地改善了样品的上转换发光性能,这种稳定高效的发光性能保证了其良好的防伪性能。最后,将Gd3+掺杂浓度为30 mol%的LiYF₄∶Yb3+/Ho3+微米晶体粉末与丝网金属油墨按照一定比例混合制成丝网防伪油墨,通过丝网印刷技术在玻璃基底上印制了“西安”字样的防伪标识图案,经过干燥处理后在980 nm激光的激发下,发出明亮且稳定的绿色可见光,制成的防伪标识图案具有发光强度高、易于识别、不易脱落的特点,可被广泛应用于防伪领域。     

980nm激光激发下Er3+和Yb3+共掺杂氟氧玻璃的上转换发光

制备了一种新型的上转换发光材料,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58.52%PbF₂-34.43% GeO₂-3% Al₂O₃-0.05% Er₂O₃-4%Yb₂O₃,其中GeO₂为玻璃形成体氧化物,PbF₂和Al₂O₃为调整剂,以共掺杂Er³⁺和Yb³⁺离子为上转换研究的对象。测量了该玻璃系统在980nm半导体激光器激发下的上转换发光光谱,观察到很强的658nm的红光和548,526nm的绿光,而且红光的发射强度远远强于绿光。通过对上转换发光强度与激发强度关系曲线的拟合,表明此材料的绿光发射和红光发射都为双光子过程。研究了激发光的工作电流与上转换荧光强度的关系,讨论了其上转换发光特性。     

NaYF4∶Er3+的水热合成及其紫外上转换发光性能

采用水热法制备了Er³⁺掺杂的NaYF₄上转换发光材料,X射线衍射结果表明,当反应温度为180 ℃和200 ℃时,晶体属于六方晶型和四角晶型混合相态;当反应温度为220 ℃时,该晶体属于纯六方晶型结构。SEM和TEM观察发现,晶粒为六角形,样品颗粒分散性好,平均粒径约为100 nm。荧光光谱测试结果表明,当激发波长为500 nm时,样品发射出紫外光。从Er³⁺能级图谱可以得出,Er³⁺基态电子⁴I_15/2首先跃迁到²H_11/2与⁴S_3/2能级上,随即经过能量转移上转换过程(ETU)分别发射出310 nm和340 nm的紫外光。结合Er³⁺发光机理可以推出上转换峰310 nm和340 nm均属于双光子过程。 研究结果表明,以NaYF₄为基质掺杂Er³⁺产生的紫外上转换光在生物成像、光催化发应及生物标记等方面有着广阔的应用前景。     

显示用上转换绿色发光材料NaYF4∶Er,Yb及其特性

采用喷射微波燃烧合成法制备了上转换发光显示器中发绿光的上转换发光材料NaYF4∶Er,Yb.测试了该材料的XRD衍射图谱和发光效率.给出了该材料在1 064 nm三种激光功率激发下的发光光谱.分析了该材料的上转换发光机理，得到545 nm和662 nm峰值发光分别是Er3+的4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁产生的.NaYF4∶Er,Yb具有较强的上转换绿光，同时存在的较弱的红光易于用滤色膜滤除，满足显示对三基色中绿色的要求；并且喷射微波燃烧合成法制备的该材料达到了高分辨率显示应用超细粉体的要求.     

稀土掺杂磷酸钇荧光粉的控制合成和发光性能

利用水热法分别合成了Ce~(3+)、Tb~(3+)共掺杂的YPO_4下转换荧光粉和Er~(3+)、Yb~(3+)、Tm~(3+)共掺杂的YPO_4上转换荧光粉,经过工艺优化获得了1μm左右尺寸均匀的发光材料。通过系列实验研究了反应温度、反应时间、稀土离子掺杂比例和退火温度对样品发光性能的影响。YPO_4∶Ce~(3+),Tb~(3+)荧光粉在295 nm紫外光的激发下产生下转换发光效应,当Tb~(3+)摩尔分数为1%时得到明亮的绿光;YPO_4∶Er~(3+),Tm~(3+),Yb~(3+)荧光粉在980nm近红外光激发下产生上转换发光效应,当稀土离子中Er~(3+)摩尔分数为3%时,所制备的样品经过1 000℃退火处理后发出很强的暖白光。     

BLUE COOPERATIVE UP-CONVERSION LUMINESCENCE OF Yb3+ IONS IN OXYFLUORIDE GLASS EXCITED BY 960 nm LASER

Investigates the up-conversion luminescence of Yb-doped oxyfluoride glass excited by a 960nm-diode laser. A new up-conversion cooperative radiation luminescence is found, which is rather strong and positioned at 476.1 nm. It comes from the coupled states of two-Yb^{3+-ions cluster. It is significant because it is an effective and convenient method of producing blue light.}     

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。