Er_xY_(1-x)Al_3(BO_3)_4晶体的生长和光谱性质

采用助熔剂法生长出了掺杂均匀的Er_xY_(1-X)Al_3(BO_3)_4厘米级优质单晶.测定了晶体的吸收、激发光谱.用Judd_Ofelt理论计算了晶体中Er~(3+)的十一条谱带的振子强度(ρ_(ad)和ρ_(md)以及Er~(3+)的强度参数Q_λ(λ-2、4、6).并由此计算了Er~(3+)不同能级之间跃迁的爱因斯坦自发辐射系数A_r、辐射寿命r、荧光分支比β_3以及积分发射截面Σ.根据这些参数讨论了在EYAB晶体中可能实现激光输出的通道.     

K_5Bi_(0.9)Er_(0.1)(MoO_4)_4的晶体生长和光学性质

在化学计量的熔料里,用提拉法生长了K_5Bi_(0.9)Er_(0.1)(MoO_4)_4单晶。该晶体属于三方晶系,空间群为Rm,z=1.5,晶胞参数为a=6.029,c=20.823(六方表示)。晶体具有层状结构,沿着(0001)面容易解理。晶体在室温下的吸收光谱包括有若干条吸收带,它们是稀土离子所特有的。其中三个主要的吸收峰分别相当于从Er~(3+)离子的基态~4I_(15/2)向~4G_(11/2),~2H_(11/2)和~4I_(13/2)能级的跃迁。本文还给出晶体中相当于~4I_(13/2)→~4I_(15/2)跃迁的荧光发射光谱。     

掺Er3+铋酸盐玻璃的荧光光谱分析

研究了Er~(3 )离子在铋酸盐玻璃中的荧光光谱性质,应用Judd-Ofelt理论计算了铋酸盐玻璃中Er~(3 )离子的强度参数Ω_t(t=2,4,6)及~4I_(13/2)→I_(15/2)跃迁的谱线强度比值Sed/(Sed Smd),给出了铋酸盐玻璃中Er~(3 )离子具有宽带发射的结构性解释,表明了Er~(3 )离子周围晶体场强度与Sed/(Sed Smd)间存在的反比关系。     

LiYF4晶体中Er3+的偏振吸收光谱及其量子态

本文系统地研究了LiYFLiYF₄晶体中Er³⁺在可见光谱及紫外光谱区的吸收光谱及其偏振。主要定出了其较高能级的斯塔克子能阶的波数值以及其不可约表示。发现其线群与LaFLiYF₃及CaWOLiYF₄中Er³⁺的吸收光谱线群大致是一一对应的,但三种晶体中能级重心有系统的移位。 关键词：     

Er3+单掺、Er3+/Yb3+共掺杂Ca12Al14O32F2的 制备及上转换发光性质

利用高温固相法成功制备了Er~(3+)单掺、Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂Ca_(12)Al_(14)O_(32)F_2上转换发光样品。在980 nm激光激发下,Er~(3+)单掺和Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂样品均呈现出较强的绿光(528,549 nm)和较弱的红光(655 nm)发射,分别归因于Er~(3+)离子的~2H_(11/2),~4S_(3/2)→~4I_(15/2)和~4F_(9/2)→~4I_(15/2)能级跃迁。随着Er离子浓度的增加,单掺杂样品上转换发光强度先增大后减小,最佳掺杂浓度为0.8%。共掺杂Yb~(3+)后,Er~(3+)的发光强度明显增大。还原气氛下合成的样品上转换发光强度增大约两倍,可能和笼中阴离子基团变化有关。发光强度和激发光功率的关系表明所得上转换发射为双光子吸收过程,借助Er~(3+)-Yb~(3+)体系能级结构详细讨论了上转换发射的跃迁机制。     

高温退火对GdF3:Yb3+,Er3+晶型的转变及上转换发光性能的影响

采用共沉淀法制备了立方相GdF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)颗粒,并对其进行不同温度的退火处理。通过XRD、SEM、TG-DSC以及PL等分析了不同温度退火对颗粒的形貌、尺寸、晶体结构及上转换发光性能的影响。研究结果表明,立方相GdF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)晶型在740.15℃转变为立方相NaGdF_4∶Yb~(3+),Er~(3+),相比于未经过退火处理的样品,在980 nm红外光激发下,高温退火后能有效提高发光性能,并且随着温度的提高呈现先升后降趋势,在800℃达到最大值,红绿光比例(R/G)由0.09上升到4.55。借助能级跃迁模型,分析认为随着退火温度升高,颗粒团聚致使粒径尺寸由100～300 nm增加到5～8μm、晶体结晶度提高、高温下由立方相GdF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)晶型转变为立方相NaGdF_4∶Yb~(3+),Er~(3+)晶型均能提高颗粒上转换发光能。     

Er~(3+)离子浓度对ZnS:ErF_3薄膜交流电致发光特性的影响

本文研究了Er~(3+)离子浓度对ZnS:ErF_3薄膜交流电致发光(ACEL)特性的影响。I(~4F_(9/2)→~4I_(15/2))受Er~(3+)离子浓度的影响较大,随Er~(3+)离子浓度增高,I(~4F_(9/2)→~4I_(15/2))增强,甚至超过I(~2H_(11/2)→~4I_(15/2))。通过研究具有不同Er~(3+)离子浓度样品的电致发光衰减,绿红比随外加电压的变化关系以及不同能级的电致发光效率,我们发现,粒子从~4S_(3/2)和~2H_(11/2)能级向~4F_(9/2)能级弛豫是使I(~4F_(9/2)→~4I_(15/2))增强的主要原因。随Er~(3+)离子浓度增高,交叉弛豫速率也增高,因而使I(~4F_(9/2)→~4I_(15/2))随浓度的增高而增强。     

关于Yb~(3 )—Er~(3 )激活的上转换磷光体的效率

本文通过Er~(3 )离子激发过程的效率和最终发射过程的效率测定了Yb~(3 )—Er~(3 )激活的上转换磷光体的效率。激发过程依赖于红外激发强度。我们用不同的基质晶格,激发到选定的Er~(3 )能级,测量了发射过程的效率,而且作为Yb~(3 )和Er~(3 )浓度的函数。现在知道的最好的上转换磷光体之一,α-NaYF_4—0.20Yb—0.03Er的绿色发光效率约为6％。     

NaY(MoO_4)_2∶Er~(3+)纳米晶体荧光粉的发光与光学温度传感特性(英文)

采用熔盐法制备了不同煅烧温度的NaY(MoO_4)_2∶Er~(3+)荧光粉材料,样品的晶体结构与微观形貌由X射线衍射仪和场发射扫描电镜测得。Er~(3+)掺杂的Na Y(MoO_4)_2纳米晶体的斯托克斯荧光发射光谱是在不同煅烧温度下测得的。NaY(MoO_4)_2∶Er~(3+)荧光粉材料的两个能级~2H_(11/2)-~4I_(15/2)和~4S_(3/2)-~4I_(15/2)跃迁的发射强度比随煅烧温度的增加而减小。NaY(MoO_4)_2∶Er~(3+)荧光粉材料的温度传感特性依赖于Er~3的两个热耦合能级~2H_(11/2)-~4I_(15/2)和~4S_(3/2)-~4I_(15/2)的发射强度。研究表明,在一个相对大的传感温度范围(303~573 K),600℃煅烧的样品的温度传感灵敏度比900℃煅烧的样品高,样品的温度传感灵敏度随煅烧温度的增加而减小,600℃煅烧的样品的温度传感灵敏度为1.36×10~(-2)K~(-1),比900℃煅烧的样品高76.6%。最后,解释了基于不同煅烧温度的温度传感灵敏度的物理机制。     

高灵敏度下转换光学测温材料:NaGd(WO_4)_2:Yb~(3+)/Er~(3+)

基于Er~(3+)的两个热耦合能级发光强度测量的荧光强度比测温技术由于不受光谱损失和激发强度波动的影响,故能够提供准确的非接触式温度测量。但目前通用的荧光强度比技术都是基于上转换激发,而上转换材料效率较低,测温不准确。考虑到Er~(3+)能级可通过不同激发源来布居,本文利用高能光子激发的高效下转换光学测温方法,来解决上转换发光带来的问题,并以具有高测温灵敏度的钨酸盐NaGd(WO_4)_2为基质。研究发现,NaGd(WO_4)_2可成功用于下转换测温,Yb~(3+)/Er~(3+)共掺样品比Er~(3+)单掺拥有更高的测温灵敏度,且下转换测温灵敏度要高于上转换,在掺杂浓度为20%Yb~(3+)/1%Er~(3+)时,测温灵敏度高达344. 6×10~(-4)K~(-1)。这证明了NaGd(WO_4)_2:Yb~(3+)/Er~(3+)是理想的测温材料,也很好地验证了其在高灵敏度下转换测温的可行性,为荧光强度比技术的应用开辟了新的前景。     

Sc_2(WO_4)_3∶Er~(3+)/Yb~(3+)的上转换发光及其温度传感特性

通过高温固相法制备出一系列新型上转换材料Sc_2(WO_4)_3∶Er~(3+)/Yb~(3+)。在980 nm激光激发下,Sc_2(WO_4)_3∶Er~(3+)/Yb~(3+)样品发出肉眼可见的强绿光。利用荧光光度计测得样品的发光光谱,在500～600 nm之间有强绿光发射,分别归因于Er~(3+)的~2H_(11/2)→~4I_(15/2)和~4S_(3/2)→~4I_(15/2)跃迁发射。在650～700 nm位置处,有对应于Er~(3+)离子~4F_(9/2)→~4I_(15/2)跃迁的较弱的红光发射。随着掺杂浓度的变化,样品的红绿分支比发生变化。当样品掺杂Er~(3+)浓度为0.05%、Yb~(3+)浓度等于0.1%时,样品发射的绿光强度是红光强度的27倍。另外,利用荧光强度比方法研究了Er~(3+)的两个热耦合能级在303～573 K范围内的发光温度特性。393 K时,样品的灵敏度达到最大为0.006 8 K~(-1)。对比于其他荧光粉材料,Sc_2(WO_4)_3∶Er~(3+)/Yb~(3+)的灵敏度处于较高水平,在实际测温中具有更好的应用前景。     

上转换纳米粒子CaF_2∶Er~(3+),Yb~(3+)的合成及其温敏特性（英文）

采用水热合成法制备了CaF_2∶Yb~(3+),Er~(3+)上转换纳米粒子。在980 nm激发下,研究了来源于Er~(3+)的2H11/2/4S3/2→4I15/2跃迁的绿光发射和来源于4F9/2→4I15/2跃迁的红光发射。由于Er~(3+)具有一对热耦合能级(2H11/2/4S3/2),所合成的样品在293~573 K温度范围内有良好的温敏特性。利用荧光强度比(FIR)技术,测得样品在483 K时具有最大灵敏度0.002 85 K~(-1)。     

掺Er^3＋石英光纤中的共振增强受激四光子混频

首次实验观察到在1064nm激光泵浦下掺Er~(3+)石英光纤中的共振增强受激四光子混频现象和光学自由感应衰减过程.在频域和时域上实验证明了Er~(3+)的~4I_(11/2)激发态能级对受激四光子混频产生的反斯托克斯谱线的增强效应.     

YbPO_4基质中Yb~(3 )-Yb~(3 )和Yb~(3 )-Gd~(3 )离子对的合作光学跃迁

研究了YbPO_4基质中Yb~(3 )-Yb~(3 )和Yb~(3 )-Gd~(3 )离子对的三种类型的合作光学跃迁,即合作吸收,合作发光,以及喇曼发光,在这些现象中,跃迁谱线的能量与所予期的单个离子的跃迁能量相当一致在YbPO_4的点群对称D_(2d)的晶体场下,Yb~(3 )离子的两个4f多重项~2F_(7/2)和~2F_(5/2),大约相隔10,000cm~(-1),应是分别劈裂成四个和三个能级。这些晶体场-劈裂能级的能量从YbPO_4单晶的吸收和发射光谱得到。     

Er~(3+)/Tm~(3+)共掺铋硅酸盐玻璃2.0μm光谱性质（英文）

用高温熔融法制备了Er~(3+)/Tm~(3+)共掺杂无铅铋硅酸盐玻璃.测试了玻璃的吸收光谱和荧光光谱,分析和表征了Er~(3+)、Tm~(3+)离子之间的能量传递机制和传递效率,结果表明:在800 nm和1 550 nm光源泵浦下,Er~(3+)的掺入能够增强Tm~(3+)离子1.8μm发光,相应的最大发射截面分别为6.7×10~(-21)cm~2和7.3×10~(-21)cm~2,荧光带宽达到250 nm.根据Dexter-Foster模型,得到Er~(3+):~4I_(13/2)能级到Tm~(3+):~3F_4能级的直接能量传递系数为16.8×10~(-40)cm~6/s,为1 550 nm泵浦下获得较强的1.8μm发光奠定了基础.     

Yb3+/Er3+/Gd3+掺杂Lu2O3、Y2O3荧光粉的上转换发光及温度特性

通过溶胶-凝胶法制备了Er~(3+)、Yb~(3+)和Gd~(3+)共掺杂的Y_2O_3、Lu_2O_3荧光粉,并研究了其上转换发光和温度敏感特性。在980 nm激光激发下,样品辐射出明亮的绿光、红光和弱的紫外光。并讨论了紫外区Er~(3+)→Gd~(3+)的能量传递。利用荧光强度比方法研究了基于Er~(3+)的~2H_(11/2)和~4S_(3/2)两个热耦合能级在313～573 K范围内的光学温度传感特性,当Gd~(3+)离子掺杂浓度为10%时,样品的灵敏度最大为0.005 91 K~(-1)。     

硅基掺铒二氧化钛薄膜发光器件的电致发光:共掺镱的增强发光作用

在我们以前的工作(Zhu C, Lü C Y, Gao Z F, Wang C X, Li D S, Ma X Y, Yang D R 2015 Appl.Phys.Lett.107 131103)中,利用掺铒(Er)二氧化钛薄膜(TiO_2:Er)作为发光层,实现了基于ITO/TiO_2:Er/SiO_2/n~+-Si结构的发光器件的Er相关可见及近红外(约1540 nm)电致发光.本文将镱(Yb)共掺入TiO_2:Er薄膜中,显著增强了Er相关可见及近红外电致发光.研究表明,一定量Yb的共掺会导致TiO_2:Er薄膜由锐钛矿相转变为金红石相,从而使得Er~(3+)离子周围晶体场的对称性降低.此外,Yb~(3+)离子比Ti~(4+)离子具有更大的半径,这使TiO_2基体中Er~(3+)离子周围的晶体场进一步畸变.晶体场的对称性降低及畸变使得Er~(3+)离子4f能级间的跃迁概率增大.由于上述原因,Yb在TiO_2:Er薄膜的共掺显著增强了相关发光器件的电致发光.     

晶体场理论引论

晶体场中能级的分裂和选择定则(2—1)晶体场中能级的分裂 我们要研究的问题是:若离子在具有G群对称性的环境里有能级E1、E2…Ei…,若对称性退化为G群的子群G′后,能级Ei将怎样分裂? 根据(1—3)我们知道能级Ei的本征函数ψ1i、ψ2i…ψji…必定构成G群的某一个不可约表示的Γn的基函数。他们的变换矩阵Γni(R)就是组成不可约表示Γn的矩阵。相应的特征标为xni(R)。     

Er~(3+)和Eu~(3+)共注入GaN的光学特性和能量传递机制

采用离子注入法在GaN薄膜中实现了Er~(3+)和Eu~(3+)离子的共掺杂.以阴极荧光光谱仪为主要表征手段,研究样品的光学特性和能量传递机理.在300K温度下,Er~(3+)和Eu~(3+)共掺杂GaN薄膜能够实现绿光和红光的同时发射.随着Er~(3+)离子掺杂剂量的增加,Eu~(3+)离子相关发光峰的强度减弱,Er~(3+)离子对应的两个相关发光峰强度比值减小,表明Er~(3+)和Eu~(3+)离子之间发生了能量传递,能量传递的方向为Eu~(3+)→Er~(3+).变温阴极荧光光谱显示,Er~(3+)离子的2H11/2和4S3/2两个能态相关的跃迁峰相对强度比值随着温度升高而降低,主要是由两个能级之间的热耦合导致.改变Er~(3+)离子的掺杂剂量,能够调控GaN:Er~(3+)/Eu~(3+)样品的光学色度坐标和色温,表明此材料可用于发光器件.     

YVO_4∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米粒子颜色可控的高色纯度上转换发光

采用共沉淀法制备了四方相锆石型结构YVO_4∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米粒子。粒子表面光滑,结晶良好,呈类球状,粒径~80 nm。在980 nm和1 550 nm红外激发下,粒子呈现类似的特征发射,峰位位于634~706 nm的红光和513~573 nm的绿色分别归因于Er~(3+)离子~4F_(9/2)→~4I_(15/2)和~2H_(11/2),~4S_(3/2)→~4I_(15/2)能级间的辐射跃迁。通过激发光波长控制,在同组分粒子中实现了颜色可控的高色纯度绿、红色发光,对应的绿红光和红绿光分支比分别高达29.5和37.97。借助能级跃迁模型,详细讨论了不同激发条件下的纳米粒子上转换发光的跃迁和变化机制。